Optimización de la producción de biofilm de Microbacterium oxydans AE038-20 para la retención de arsénio

Abstract

El arsénico (As) es un elemento altamente tóxico, distribuido en diversos ambientes y sujeto a una amplia gama de transformaciones biogeoquímicas que implican numerosas bacterias. La habilidad de los microorganismos de congregarse en biofilms presenta ventajas respecto de los cultivos planctónicos. Entre dichas ventajas, la tolerancia a compuestos tóxicos y su capacidad de retención/transformación es de interés biotecnológico para su aplicación en biorremediación. Estudios preliminares determinaron que Microbacterium oxydans AE038-20 es capaz de formar biofilm, metabolizar compuestos orgánicos del As y de oxidar parcialmente As(III) a As(V). El objetivo de este trabajo fue optimizar la producción de biofilm en Microbacterium oxydans AE038-20. Para la optimización del medio de cultivo se utilizó el software MINITAB 17. Los factores estudiados fueron: peptona de carne, tripteína, glicerol, glucosa, KNO3 y MnCl2. La variable respuesta ensayada fue el peso seco del biofilm. Tanto el biofilm obtenido como sus componentes fueron caracterizados mediante microscopía electrónica de barrido con detector EDS (SEM-EDS), Espectroscopía de Infrarrojo por Transformada de Fourier (FT-IR) y, se determinó la presencia y cinética de producción de proteínas estructurales del tipo amiloidea por fluorescencia utilizando tioflavina-T (Th-T). Además, en el biofilm se evaluó la capacidad de absorción de As total, realizando una cinética de adsorción durante 5 días. La concentración de As fue determinada por Espectrometría de Absorción Atómica con Vaporización Electrotérmica (ETAAS) y por SEM-EDS.El análisis de los resultados del diseño experimental, determinó la composición del medio de cultivo optimizado de la siguiente manera: NaCl (5 g/l), extracto de levadura (2,5 g/l), peptona de carne (15 g/l), MnCl2 200 mM, glicerol 2%. El biofilm obtenido observado por SEM mostró presencia de células microbianas embebidas en exopolisacárido (EPS), formaciones fibrilares y formación estructurales en redes. Además, se evaluó la presencia de proteína amiloidea mediante una cinética de producción observando una disminución de fluorescencia durante el tiempo de maduración del biofilm, indicando saturación de los sitios de unión cross-β. Mediante ETAAS se observó una disminución en la concentración de arsénico en un agua arsenical con 795 mg/l en el T0 de tratamiento a una concentración de 533 mg/l en el T5, aproximadamente una reducción del 33%. La presencia de As en el biofilm se determinó por SEM-EDS observando un incremento en la presencia de As a medida que aumentó el tiempo de contacto con el agua arsenical.De esta manera, se optimizó por primera vez la producción de biofilm en una cepa de Microbacterium oxydans. El biofilm demostró capacidad de retención de As, el cual podría estar adsorbido en los componentes del mismo y potencialmente biotransformado (hipótesis a demostrar mediante ensayos de especiación) considerando que este microorganismo tiene la capacidad de oxidar As.