Biodegradation of phenol in static cultures by Penicillium chrysogenum ERK1: catalytic abilities and residual phytotoxicity

Abstract

A phenol-degrading fungus was isolated from crop soils. Molecular characterization (using internal transcribed spacer, translation elongation factor and beta-tubulin gene sequences) and biochemical characterization allowed to identify the fungal strain as Penicillium chrysogenum Thom ERK1. Phenol degradation was tested at 25 degrees C under resting mycelium conditions at 6, 30, 60, 200, 350 and 400 mg/l of phenol as the only source of carbon and energy. The time required for complete phenol degradation increased at different initial phenol concentrations. Maximum specific degradation rate (0.89978 mg of phenol/day/mg of dry weight) was obtained at 200 mg/l. Biomass yield decreased at initial phenol concentrations above 60 mg/l. Catechol was identified as an intermediate metabolite by HPLC analysis and catechol dioxygenase activity was detected in plate assays, suggesting that phenol metabolism could occur via ortho fission of catechol. Wheat seeds were used as phytotoxicity indicators of phenol degradation products. It was found that these products were not phytotoxic for wheat but highly phytotoxic for phenol. The high specific degradation rates obtained under resting mycelium conditions are considered relevant for practical applications of this fungus in soil decontamination processes.

Un aislamiento fúngico capaz de degradar fenol como única fuente de carbono y energía fue aislado de suelos agrícolas. La caracterización molecular (basada en el empleo de secuencias de espaciadores de transcriptos internos, de factores de la elongación de la traducción y del gen de la beta-tubulina) y la caracterización bioquímica permitieron identificar a esta cepa como Penicillium chrysogenum Thom ERK1. Se estudió la degradación de fenol a 25 °C en cultivos estáticos con 6, 30, 60, 200, 350 y 400 mg/l de fenol inicial. El tiempo requerido para completar la degradación de fenol aumentó al elevarse las concentraciones iniciales de dicho compuesto. La máxima tasa de degradación específica (0,89978 mg de fenol/día/mg de peso seco) se obtuvo con 200 mg/l. El rendimiento en biomasa disminuyó con concentraciones iniciales de fenol mayores de 60 mg/l. Se identificó al catecol como intermediario metabólico por HPLC y se observó actividad de catecol dioxigenasa en placa, lo que sugiere que el metabolismo de degradación del fenol ocurre vía orto fisión del catecol. Se utilizaron semillas de trigo como indicadores de fitotoxicidad de los productos de degradación. Estos productos no fueron fitotóxicos para trigo, mientras que el fenol mostró una alta fitotoxicidad. La alta tasa de degradación específica obtenida en condiciones estáticas resulta de gran interés para la aplicación de este hongo en procesos de descontaminación de suelos.