Síntesis biogénica extracelular de nanopartículas de plata (AgNPs) a partir de bacterias y microalgas del Río Tínto (Huelva). Aplicaciones antibacterianas y medioambientales

Abstract

Tesis Doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Biología Molecular. Fecha de Lectura: 19-11-2024Esta tesis tiene embargado el acceso al texto completo hasta el 19-05-2026Se obtuvieron nanopartículas de plata (AgNPs) de forma biogénica a partir de sobrenadantes de los cultivos de tres bacterias que fueron adscritas filogenéticamente como Pseudomonas allopu-tida, Brucella sp. y Lysinibacillus sp. y dos microalgas ácidotolerantes Parachlorella sp. y Tetratosti-chococcus sp., todas ellas aisladas del estuario del Rio Tinto (Huelva). Las bacterias se cultivaron en medio nutritivos completo y en uno modificado sin NaCl. Para las microalgas, se emplearon el medio BG-11 y uno modificado de este sin cloruros (BG-11A), ajustándolos inicialmente a pH 4 o pH 7. Los cultivos se recogieron en fase temprana y tardía de crecimiento. Estas AgNPs se caracterizaron fisi-coquímicamente y se estudiaron sus posibles aplicaciones en varios campos. Se determinaron las propiedades fisicoquímicas de forma y tamaño del núcleo, diámetro hi-drodinámico, potencial Z, cristalinidad, composición elemental, y tipo de componentes de la corona de las AgNPs. Todas presentaron forma cuasi-esférica, con diámetros de los núcleos de pocos nanó-metros, pero diferentes dependiendo de cada tipo de nanopartícula, con potenciales Z negativos en todos los casos, con cristales de Ag0 y en algunos casos también con cristales de AgCl, siendo la Ag el elemento principal de su composición, aunque con algo de cloro, principalmente en las procedentes de medios con cloruro. En todos los casos aparecieron señales de FTIR correspondientes a proteínas, carbohidratos y cadenas alifáticas, aunque en diferente proporción según el tipo de AgNP. Las potenciales aplicaciones que se estudiaron fueron la actividad antibacteriana en medio líquido y contra la formación de biopelículas frente a tres bacterias Gram-positivas y otras tres Gram-negativas, su capacidad de coadyuvar en la degradación de los colorantes índigo carmín y verde de bromocresol en reacciones reductivas, usando borohidruro sódico, u oxidativas usando persulfato potásico, y su capacidad para servir como sensores de los metales pesados Cd, Cu, Hg, Ni, Pb and Zn. En cuanto a su actividad antibacteriana y anti-biopelículas, todas fueron activas frente a las bacterias testigo con niveles de MIC, MBC, IC50 e ICb50 bajos y siendo más activas frente a las bacterias testigo Gram-negativas, especialmente Pseudomonas aeruginosa. Además, las AgNPs presentaron distintas actividades dependiendo de las características de los cultivos a partir de los que se sinteti-zaron, así las AgNPs de cultivos bacterianos, especialmente en el caso de las provenientes de cultivos de Brucella sp. y las AgNPs sintetizadas a partir de medios con cloruro, presentaron eficacias más elevadas. Sumado a esto, se analizó la citotoxicidad frente a células en cultivo de las AgNPs de Para-chlorella sp., que presentaron nulos o bajos efectos citotóxicos a las concentraciones necesarias para inhibir totalmente el crecimiento de las bacterias testigo. Se determinó la actividad antibacteriana sinérgica de las AgNPs con hasta siete antibióticos clásicos frente a Staphylococcus aureus y Esche-richia coli, mostrando todas las AgNPs una gran actividad sinérgica con estreptomicina y kanamicina frente a ambas bacterias y en menor medida con ampicilina contra la primera y tetraciclina contra la segunda. La presencia de las AgNPs en cultivos bacterianos produjo un aumento de la producción de ROS acorde a la concentración de AgNPs. Además, la relación entre el aumento de esta producción de ROS y el efecto bactericida de las AgNPs de microalgas indica que existe una correlación entre los dos parámetros en el caso de las AgNPs de medios sin cloruro, pero que las procedentes de medios con cloruro podrían ejercer su acción bactericida por algún otro mecanismo adicional a la acumula-ción de ROS. Las AgNPs como sensores de metales mostraron distintas sensibilidades a los distintos meta-les, siendo especialmente sensibles a la presencia de Cu, Hg y Pb con respecto a los demás. Las AgNPs más eficaces para detectar los metales fueron las de cultivos de bacterias, especialmente las de Bru-cella sp. y las provenientes de medios con cloruro, llegando en algunos casos a presentar valores que permitirían su uso en la detección de las concentraciones de Cu y Zn estimadas por la organización mundial de la salud como límite máximo aceptable para el agua de consumo humano. En los procesos de la decoloración de los colorantes, se observaron diferencias dependiendo del pH en el que se realizó la reacción y de la presencia del agente reductor (NaBH4) u oxidante (K2S2O8), viéndose en todos los casos favorecidos por concentraciones altas de AgNPs. La decolora-ción del carmín índigo se obtuvo únicamente en agua por procesos de oxidación a partir de las 24 horas y el mismo efecto se observó para el verde bromocresol, tanto en agua como a pH ácido, siendo para ambos colorantes más eficaces las AgNPs de cultivos bacterianos, especialmente las de Brucella sp. Los procesos de reducción con NaBH4 produjeron decoloración inmediata únicamente contra el verde bromocresol en agua y en tampones alcalinos, observándose una mayor eficacia general con AgNPs de microalgas especialmente con las provenientes de cultivos de Parachlorella s