Explorando la biodiversidad de consorcios microbianos amazónicos con capacidad biorremediadora de aguas residuales mediante secuenciación de última generación

The growing amount of wastewater generated daily and its direct discharge into natural water bodies represents a major problem in countries like Ecuador. Wastewater treatment with microalgae represents an interesting alternative, mainly due to their capacity to assimilate nitrogen and phosphorus for its development and growth. Specifically, if microalga-bacteria consortia are used, growth and nutrient absorption rates increase significantly due to the symbiotic relationship generated between these microorganisms...RESUMEN La creciente cantidad de aguas residuales generadas diariamente y su descarga directa en cuerpos de agua naturales, representa un gran problema en países como Ecuador. El tratamiento de aguas residuales con microalgas representa una alternativa interesante debido principalmente a su capacidad de asimilar nitrógeno y fósforo para su desarrollo y crecimiento. Específicamente, si se utiliza consorcios microalga-bacteria, el crecimiento y las tasas de absorción de nutrientes incrementan significativamente debido a la relación simbiótica generada entre estos microorganismos..

Caracterización de los consorcios microalgas-bacterias en el tratamiento de agua residual urbana

El acusado aumento de la población registrado a nivel global durante las últimas décadas conlleva asociado un aumento en la generación de residuos como es el caso de las aguas residuales urbanas. El vertido de efluentes con alto contenido de materia orgánica, nitrógeno,fósforo y otros componentes resulta en el proceso de eutrofización: aumento del crecimiento de plantas y algas acuáticas, modificación de la biodiversidad natural del ecosistema, y en los casos más graves la degradación completa de los ecosistemas.Para reducir los problemas asociados con los vertidos de aguas residuales, en la actualidad, se emplean sistemas de tratamiento basados en sistemas biológicos de fangos activos. En estos sistemas se emplean microorganismos (bacterias aerobias) que necesitan oxígeno para degradar la materia orgánica contenida en el agua residual. A través de una aireación prolongada y la recirculación de fangos activos se eliminan las sustancias contaminantes del agua residual

Fitodepuración mixotrófica en sistemas de recirculación acuícola (RAS) para el manejo sustentable de nutrientes contaminantes

Industrial aquaculture has grown rapidly due to the increase in world demand for fish and shellfish, which has stimulated the development of aquaculture systems for the cultivation of marine species. The need to maintain high levels of productivity makes them complex unstable systems, prone to disturbances with the potential risk of causing problems of contamination of the natural environment. In intensive aquaculture operations, it is estimated that in the transformation processes for the development and growth of biomass, approximately 75% of the feed is released in the form of nitrogen and phosphorus. During the last decades, efforts have been made to develop processes for the elimination of these nutrients-pollutants, which would otherwise be released into natural water bodies causing eutrophication. The recirculating aquaculture system (RAS) is the conventional culture system; it includes a nutrient removal stage with biofilters of aerobic bacteria that favor the nitrification process, although the biofilter technology has operational difficulties such as the decrease in oxygen concentration, accumulation of organic matter and difficulty of back-rinsing, among others. Thus, options have emerged based on the activity of photoautotrophic organisms, taking advantage of the ability of aquatic plants, macro and microalgae, to effectively eliminate nutrients-pollutants (phytodepuration), consuming in addition to carbon and nitrogen, also phosphorus, the latter without the ability to be removed with nitrifying biofilters. However, this treatment strategy has not been used in intensive aquaculture due to the high availability of the area in demand, which exceeds that required by compact equipment for nitrifying biofiltration. Mixotrophic phytodepuration, which corresponds to the integration of two tertiary wastewater treatment technologies (biofiltration-autotrophic and phytodepuration), could be an efficient response for the treatment of aquaculture wastewater, given the interaction between the organisms involved. For this reason, this review focuses on the potential use of mixotrophic cultivation for the control of nutrients-pollutants in "RAS" or aquaculture wastewater, in addition to contributing to the development of circular economy.La acuicultura industrial ha crecido rápidamente debido al aumento en la demanda mundial de pescados y mariscos, lo que ha estimulado el desarrollo de sistemas acuícolas de cultivo de especies marinas. La necesidad de mantener altos niveles de productividad los convierte en sistemas complejos e inestables, propensos a sufrir perturbaciones con riesgo potencial de causar problemas de contaminación del ambiente natural. En las operaciones de acuicultura intensiva se estima que en los procesos de transformación para el desarrollo y crecimiento de la biomasa, aproximadamente el 75% del alimento es liberado en forma de nitrógeno y fósforo. Durante las últimas décadas se han realizado esfuerzos para el desarrollo de procesos de eliminación de estos nutrientes-contaminantes, que de otra manera serían liberados a los cuerpos de agua natural, causando eutrofización. El sistema de acuicultura con recirculación (RAS) es el sistema convencional de cultivo; incluye una etapa de remoción de nutrientes con biofiltros de bacterias aerobias que favorecen el proceso de nitrificación, aunque la tecnología de biofiltros tiene dificultades operacionales tales como la disminución en la concentración de oxígeno, acumulación de materia orgánica y dificultad de retroenjuague, entre otras. Así, han surgido opciones basadas en la actividad de organismos fotoautotróficos aprovechando la capacidad de plantas acuáticas, macro y microalgas, de eliminar con eficacia nutrientes-contaminantes (fitodepuración), consumiendo además de carbono y nitrógeno, también el fosforo, este último sin capacidad de ser removido con biofiltros nitrificantes. Sin embargo, esta estrategia de tratamiento no se ha utilizado en acuicultura intensiva debido a la alta disponibilidad de superficie demandada y que supera la requerida por los compactos equipos de para biofiltración nitrificante. La fitodepuración mixotrófica, que corresponde a la integración de dos tecnologías de tratamiento terciario de aguas residuales (biofiltración-autotrófica y fitodepuración), podrían ser una respuesta eficiente para el tratamiento de aguas residuales acuícolas, dada la interacción entre los organismos involucrados. Por ello, esta revisión se enfoca al potencial uso de los cultivos mixotróficos para el control de nutrientes-contaminantes en “RAS” o aguas residuales acuícolas, además de aportar al desarrollo de economía circular

Contribuciones en el tratamiento de agua residual usando un consorcio sinérgico microalga-bacteria

El tratamiento biológico de aguas residuales consiste en la utilización de microorganismos para la eliminación de sustancias biodegradables disueltas. En este trabajo se propone la formación de un consorcio integrado por la microalga Scenedesmus dimorphus proporcionada por el laboratorio de microbiología de la UAM Azcapotzalco y por once cepas bacterianas aisladas de una muestra de agua residual mediante el método de diluciones, para su aplicación en los sistemas biológicos de tratamiento, lo que supondría una solución a la baja tolerancia de los microorganismos ante las fluctuaciones ambientales. Se logró con éxito la formación del consorcio microalga-bacteria, sin embargo, se presentaron condiciones que limitaron la depuración del agua residual, por lo que se recomienda ampliar el estudio de consorcios microbianos con el propósito de establecer condiciones ambientales que favorezcan la reducción de contaminantes presentes en el agua de desecho.Biological wastewater treatment consists of use of microorganisms for removal of dissolved biodegradable substances. This work proposes the formation of a consortium integrated by microalgae Scenedesmus dimorphus strain provided by the microbiology laboratory from UAM Azcapotzalco and eleven bacterial strains isolated from a wastewater sample using the dilution method, for its application in biological treatment systems, which would be a solution to low tolerance of microorganisms to environmental fluctuations. The formation of the microalgae-bacteria consortium was successfully achieved; however, there were conditions that limited the purification of the wastewater, so it is recommended to extend the study of microbial consortia with the purpose of establishing environmental conditions that favour the reduction of pollutants present in the wastewater

USO DE MICROORGANISMOS EN EL CULTIVO DE CRUSTÁCEOS

El presente documento es una revisión actualizada sobre el uso de microorganismos en acuicultura que incluye experiencias internacionales, nacionales, regionales e institucionales sobre el tema. Los microorganismos han sido ampliamente utilizados desde hace siglos en diversos procesos para la preparación y procesamiento de diversos alimentos (pan, queso, vino, cerveza, etcétera). Sus usos en acuicultura son relativamente recientes y han sido mayormente utilizados como prebióticos o probióticos para mejorar la calidad del ambiente de cultivo, así como la condición fisiológica, nutricional y sanitaria de los organismos cultivados. Recientemente se les ha encontrado aplicación práctica e importante como biomasa directa para alimentar a camarones y peces bajo condiciones de cultivo. En la revisión fueron destacados aspectos, como la composición nutricional de diversos microorganismos autotróficos y heterotróficos, las estrategias para su manejo y las experiencias de su uso en la acuicultura de diversas especies

Tratamiento de aguas residuales de la industria agroalimentaria mediante consorcios de microalgas-bacterias. Valorización de la biomasa algal mediante la obtención de monosacáridos, lípidos y biogás

Durante las últimas décadas se ha producido un incremento exponencial en la generación de aguas residuales agroalimentarias como consecuencia del incremento de la producción industrial. Por ello, en la actualidad se pueden encontrar aguas residuales de elevada carga orgánica y una mayor concentración de nutrientes y productos tóxicos, por lo que deben ser tratadas previamente a su vertido para no incurrir en daños medioambientales graves. En este contexto, a día de hoy existen diversas tecnologías que se emplean para tratar las aguas residuales agroalimentarias, como son los tratamientos físico-químicos y los procesos biológicos (aerobios, anóxicos, anaerobios y sus combinaciones). Estas tecnologías conllevan, en muchos casos, costes energéticos y de operación elevados y no permiten valorizar los nutrientes presentes en el agua residual. Una alternativa a los tratamientos biológicos más convencionales es el uso de consorcios de microalgas y bacterias en simbiosis, donde las bacterias oxidan la materia orgánica, liberando CO2, amonio, nitratos, nitritos y fósforo soluble y mediante la fotosíntesis oxigénica las microalgas asimilan estos compuestos en forma de biomasa, liberando O2. Una vez llevado a cabo el tratamiento del agua, las microalgas producidas pueden ser valorizadas en forma de biocombustibles (biodiesel, bioetanol, biogás, etc.) y otros compuestos de alto valor añadido, mejorando la viabilidad económica del proceso global. En esta tesis se ha estudiado el tratamiento de cuatro aguas residuales agroalimentarias diferentes, tanto en origen como en composición, mediante consorcios de microalgas y bacterias y el aprovechamiento de la biomasa resultante para obtener distintos biocombustibles.Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio AmbienteDoctorado en Ingeniería Química y Ambienta

Análisis y comparación de metagenomas de consorcios microbianos de Galápagos con capacidad de remediación de aguas residuales

The characterization of native microalgae-bacteria consortia will help wastewater treatment that is currently discharged into rivers and oceans contaminating them. Within the biodiversity there are probably microorganisms that can be used to increase the effectiveness of water remediation. This creates a research opportunity especially in places like Galapagos, whose microbial diversity is poorly understood...La caracterización de consorcios microalga-bacteria nativos ayuda al tratamiento de aguas residuales que actualmente se descargan en ríos y oceános contaminándolos. Dentro de la biodiversidad probablemente existen microorganismos que se pueden aprovechar para incrementar la efectividad de remediación, lo que genera una oportunidad de estudio en lugares como Galápagos cuya diversidad microbiana es poco conocida..

Consorcio microbiano autóctono para el tratamiento de aguas contaminadas con gasoil del puerto de Isla de Toas (Venezuela)

The biological treatment of contaminated water using autochthonous microbial consortia harnesses the metabolic potential of different groups of microorganisms to degrade and/or remove a wide variety of compounds. Additionally, biostimulation and bioaumentation techniques contribute to enhance the capabilities of these biodegradation processes. The objective of this work was to evaluate the use of an autochthonous microbial consortium (Chlorella spp.-bacteria) for the treatment of water from the Toas island harbor (Lake Maracaibo, Venezuela), contaminated with 1% v/v diesel. For this, two treatments (T1: biostimulated and T2: bioaumented) and a control for 70 days were used, at a scale of 20 L and controlled environmental conditions. During the tests, temperature, pH, chemical oxygen demand (COD), nitrite, nitrate, total Kjeldahl nitrogen, total nitrogen (N-total), orthophosphate, total phosphorus (P-total), total petroleum hydrocarbons (TPH), hydrocarbon fractions (SARA), microalgal and bacterial density, and photosynthetic pigments were monitored, according to standardized methods. The mean values for organic matter removal (COD), N-total and P-total, were: 23.3±2.3; 35.2±4.5 and 64.6±4.8%, of 27.6±1.64; 79.8±2.05 and 87.7±1.95%, and of <0.1; 16.1±0.38 and 44.7±1.18%, to the control, T1 and T2, respectively. The final concentrations of HTP were above the permissible limit of Venezuelan regulations for discharge to natural water bodies; however, high rates of removal of saturated and aromatic hydrocarbons (>70%) were obtained, particularly in the bioaumented treatment (T2). The autochthonous microbial consortia have great potential for the bio-recovery of water from the Toas island harbor, contaminated with petroleum hydrocarbons, which is why it is recommended to continue investigating this treatment technology.El tratamiento biológico de aguas contaminadas mediante consorcios microbianos autóctonos, aprovecha las potencialidades metabólicas de grupos distintos de microorganismos para degradar y/o remover una amplia variedad de compuestos. Adicionalmente, las técnicas de bioestimulación y bioaumentación contribuyen a potenciar las capacidades de estos procesos de biodegradación. El objetivo de este trabajo consistió en evaluar la utilización de un consorcio microbiano autóctono (Chlorella spp.-bacterias) para el tratamiento de aguas del puerto de Isla de Toas (Lago de Maracaibo, Venezuela), contaminadas con 1% v/v de gasoil. Para ello, se usaron dos tratamientos (T1: bioestimulado y T2: bioaumentado) y un control por 70 días, a escala de 20 L y condiciones ambientales controladas. Durante los ensayos se monitorearon: temperatura, pH, demanda química de oxígeno (DQO), nitrito, nitrato, nitrógeno total Kjeldahl, nitrógeno total (N-total), ortofosfato, fósforo total (P-total), hidrocarburos totales del petróleo (HTP), fracciones de hidrocarburos (SARA), densidad microalgal y bacteriana, y pigmentos fotosintéticos, de acuerdo con los métodos estandarizados. Los valores medios para la remoción de materia orgánica (DQO), N-total y P-total, fueron: 23,3±2,3; 35,2±4,5 y 64,6±4,8%, de 27,6±1,64; 79,8±2,05 y 87,7±1,95%, y de <0,1; 16,1±0,38 y 44,7±1,18%, para el control, T1 y T2, respectivamente. Las concentraciones finales de HTP estuvieron por encima del límite permisible de la normativa venezolana para descarga a cuerpos de aguas naturales, no obstante, se obtuvieron altas tasas de remoción de hidrocarburos saturados y aromáticos (>70%), particularmente en el tratamiento bioaumentado (T2). Los consorcios microbianos autóctonos poseen gran potencial para la biorrecuperación del agua del puerto de Isla de Toas, contaminada con hidrocarburos del petróleo, por lo cual se recomienda continuar investigando sobre esta tecnología de tratamiento

Estudio del acondicionamiento y semi-purificación de microalgas nativas para la inducción de floculación, producción de biomasa y pulimento de efluentes municipales

La eutrofización es una problemática ambiental a escala mundial ocasionada por la contaminación por nutrientes (N y P) que promueve la consecuente degradación de la calidad del agua y función de los sistemas acuáticos. Una de las principales fuentes responsable de la eutrofización son los efluentes secundarios municipales que contienen remanentes de NO2 − , NO3 − , NH4 + y PO4 3−. Entre los tratamientos para la depuración de nutrientes en efluentes secundarios, se ha investigado y destacado el uso de microalgas, debido a la alta eficiencia en la eliminación de N y P a la par de no generar contaminación secundaria y producir biomasa potencialmente útil. Cabe destacar que, la biomasa de microalgas ha indicado un gran potencial para la obtención y comercialización de alimentos, biofertilizantes y productos de alto valor (e.g. antioxidantes, bio-activos, etc.). Sin embargo, previo a la explotación comercial de las microalgas se debe superar el alto costo de la recuperación de biomasa el cual contribuye con un 20 a 30% o más del costo total de producción. No obstante, previo a la aplicación del cultivo de microalgas para la producción de biomasa de fácil cosecha y pulimento de los efluentes secundarios, la evidencia experimental es esencial para: 1) realizar una adecuada selección de microalgas nativas en base a su capacidad de: adaptación, floculación, producción de biomasa y eliminación de nutrientes y 2) conocer y controlar parámetros críticos como: el pH, la disponibilidad de carbono y composición del medio. Por estas razones, el presente estudio se realizó en tres etapas: 1) selección de consorcios de microalgas nativas en base a la capacidad de floculación y producción de biomasa bajo condiciones que contribuyen a la formación de agregados celulares de fácil cosecha (i.e. auto-floculación), 2) selección de un consorcio de microalgas durante su acondicionamiento, semi-purificación y resiembra en efluentes secundarios y 3) evaluación de la capacidad de floculación, producción de biomasa, composición fisicoquímica de la biomasa resultante y pulimento de efluentes secundarios a intemperie durante el cultivo, acondicionamiento, semi-purificación y resiembra de un consorcio de microalga