Caracterización molecular de bacterias degradadoras de pentaeritritol tetranitrato (PETN) aisladas de ambientes mineros y evaluación de su eficiencia de degradación

Los explosivos son considerados contaminantes por sus características xenobióticas y constituyen un riesgo para la salud porque algunos son tóxicos y carcinogénicos. Entre los más energéticos y recalcitrantes está el pentaeritritol tetranitrato (PETN) por sus enlaces éster de difícil degradación. Dado que este explosivo es ampliamente usado en la explotación minera, petrolera y en otras actividades en el Perú, en el presente estudio se evaluó la capacidad degradativa de PETN por bacterias aisladas de ambientes mineros con la perspectiva de desarrollar técnicas de mitigación de la contaminación y riesgo por explosivos. Se identificaron las cepas J8A2 y M1B como Bacillus sp. y Enterobacter sp., respectivamente, las cuales demostraron la mayor eficiencia de degradación de PETN. En la cinética de degradación se obtuvo una velocidad específica de crecimiento de 0.057 h-1 para J8A2 y 0.042 h-1 para M1B, y una velocidad específica de degradación de 0.72 mmol de PETN/g de proteína.h y 1.16 mmol de PETN/g de proteína.h, respectivamente. Sin embargo, el rendimiento por sustrato de J8A2 fue de 39.7 ± 2.1 g de proteína/mol de PETN y de M1B 21.56 ± 1.5 g de proteína/mol de PETN. Además, el extracto crudo de la cepa J8A2 mostró una actividad específica (U) de 1.03 mmol de PETN/h y una actividad específica por proteína (U/g) de 138.6 mmol de PETN/g.h. En conclusión, estos resultados demuestran la presencia de bacterias degradadoras de PETN en ambientes mineros con potencial para ser empleadas en procesos de biorremediación. Palabras clave: Pentaeritritol tetranitrato, contaminación, minería, biodegradación, Bacillus sp., Enterobacter sp.Explosives are considered pollutants for their xenobiotic characteristics. They constitute a health hazard because some of them are toxic and carcinogenic. Pentaerythritol tetranitrate (PETN) is included among the most energetic and xenobiotic explosive for its ester bonds that are difficult to degrade. As this explosive is widely used in mining, oil and other activities in Peru, in the present study we evaluated PETN degradation capacity of bacterial strains isolated from mining environments to develop techniques to mitigate pollution and explosives risk. J8A2 and M1B strains were identified as Bacillus sp. and Enterobacter sp. respectively, and demonstrated a great PETN degradation efficiency. Degradation kinetics results showed specific growth rate of 0.057 h-1 for J8A2 and 0.042 h-1 for M1B, and specific rate of PETN degradation of 0.72 mmol of PETN/g of protein.h and 1.16 mmol of PETN/g of protein.h, respectively. However, the growth yield of J8A2 was 39.7 ± 2.1 g of protein/mol of PETN and the growth yield of M1B was 21.56 ± 1.5 g of protein/mol of PETN. Furthermore, crude extract of J8A2 strain showed a specific activity (U) of 1.03 mmol of PETN/h and a specific activity per protein (U/g) of 138.6 mmol of PETN/g.h. In conclusion, these findings demonstrated the presence of PETN degrading bacteria in mining environments with potential to be applied in bioremediation processes. Keywords: Pentaerythritol tetranitrate, contamination, mining, biodegradation, Bacillus sp., Enterobacter sp.Tesi

DEGRADACIÓN AERÓBICA DE TNT (2,4,6 - TRINITROTOLUENO) POR UN CONSORCIO BACTERIANO AISLADO DE AMBIENTES CONTAMINADOS

En el presente trabajo se ensayó una técnica de degradación biológica del explosivo 2,4,6 trinitrotolueno (TNT) encondiciones in vitro. Se realizó un screening de cepas bacterianas degradadoras de TNT a partir de 18 cepasprovenientes de suelo contaminado con derivados de hidrocarburo y de un sistema de tratamiento de relaves mineros.Se seleccionaron dos cepas: UP1 y 3T412C, identificadas por análisis de la secuencia parcial del gen rRNA 16S como Serratia marcescens UP1 y Klebsiella oxytoca 3T412C con los que se formó un consorcio evaluándose la degradación de 60 mg/1 de TNT en medio Mínimo Modificado con succinato como única fuente de carbono a temperatura ambiente (28 ± 2°C) en  agitación constante a 150 rpm por 72 horas. La concentración de TNT del medio de cultivo fue cuantificada por Cromatografía Líquida de Alta Eficacia (HPLC). El porcentaje de degradación de TNT para Klebsiella oxytoca 3T412C fue 97,87 %, para el consorcio 95,81 % y para Serratia marcescensUPl 42,94 % tras 72 horas de incubación. En conclusión, estos resultados demuestran la presencia de bacterias degradadoras de TNT con potencial para ser empleadas en procesos de biorremediación

Biodegradation of the explosive pentaerythritol tetranitrate (PETN) by bacteria isolated from mining environments

El tetranitrato de pentaeritritol (PETN) es el detonante más energético y recalcitrante empleado en la actividad minera ya que posee cuatro grupos nitro unidos mediante enlaces éster; además es un contaminante orgánico persistente según el Convenio de Estocolmo. En el presente trabajo es evaluada la eficiencia de degradación del PETN por bacterias aisladas de ambientes mineros. En primer lugar se seleccionó las cepas con mayor crecimiento durante tres subcultivos en medio mínimo con PETN como única fuente de nitrógeno. Luego, se identificó mediante análisis del gen RNAr 16S las cepas Bacillus sp. J8A2 y Enterobacter sp. M1B. Las velocidades específicas de crecimiento fueron de 0.057 h -1 para J8A2 y 0.042 h -1 para M1B, y las velocidades específicas de degradación de 0.72 y 1.16 mmol de PETN/g de proteína.h, respectivamente. Además, el extracto crudo de la cepa J8A2 mostró una actividad específica (U) de 1.03 mmol de PETN/h y una actividad específica por proteína (U/g) de 138.6 mmol de PETN/g.h.Pentaerythritol tetranitrate (PETN) is the most energetic and recalcitrant detonating used in mining activity being that it has four nitro groups linked by ester bounds, also is considered a persistent organic pollutant in agreement with the Stockholm Convention. In this work the degradation efficiency of PETN by bacteria isolated from mining environments is evaluated. At first, strains that showed growth during three subcultures with PETN as unique source of nitrogen were selected. Before, we identified Bacillus sp. J8A2 and Enterobacter sp. M1B by the 16S rRNA gene partial sequences analysis. Specific growth rate were 0.057 h-1 for J8A2 and 0.042 h-1 for M1B, and specific rate of PETN degradation were 0.72 and 1.16 mmol of PETN/g of protein.h respectively. Moreover, crude extract of J8A2 strain showed a specific activity (U) of 1.03 mmol of PETN/h and a specific activity per protein (U/g) of 138.6 mmol of PETN/g.h

Degradación de tiocianato por hongos aislados de ambientes mineros y evaluación de su capacidad degradativa

El Perú es uno de los principales países en la extracción de minerales como el oro, zinc, plomo y estaño. En la producción de oro se utiliza cianuro, el cual es tóxico para el medio ambiente, y que por reacción natural con el azufre se convierte en tiocianato (-SCN). En el presente trabajo se aislan hongos con capacidad de degradar tiocianato procedentes de aguas y suelos de zonas mineras de Junín y Tumbes. Estas cepas se sometieron a ensayos con concentraciones de tiocianato entre 5 y 600 mM. Asimismo, se evaluó la cinética de degradación de tiocianato en medio Kwon partiendo de 1,2 g.L-1 de KSCN y luego se realizó la identificación morfológica. De un total de 58 mohos aislados, obtuvimos 4 mohos con excelentes capacidades de degradar tiocianato y que pueden ser utilizados en biorremediación. La capacidad degradativa de estas cepas fue en promedio 10,05 mg.L-1 de -SCN con una velocidad de 28,77 mg.L-1.h-1. Dos cepas fueron identificadas fenotípica y molecularmente como Fusarium trincictum usando el marcador ITS del gen rDNA

Proteomic Study of Response to Copper, Cadmium, and Chrome Ion Stress in <i>Yarrowia lipolytica</i> Strains Isolated from Andean Mine Tailings in Peru

Mine tailings are produced by mining activities and contain diverse heavy metal ions, which cause environmental problems and have negative impacts on ecosystems. Different microorganisms, including yeasts, play important roles in the absorption and/or adsorption of these heavy metal ions. This work aimed to analyze proteins synthesized by the yeast Yarrowia lipolytica AMJ6 (Yl-AMJ6), isolated from Andean mine tailings in Peru and subjected to stress conditions with common heavy metal ions. Yeast strains were isolated from high Andean water samples impacted by mine tailings from Yanamate (Pasco, Peru). Among all the isolated yeasts, the Yl-AMJ6 strain presented LC50 values of 1.06 mM, 1.42 mM, and 0.49 mM for the Cr+6, Cu+2, and Cd+2 ions, respectively. Proteomic analysis of theYl-AMJ6 strain under heavy metal stress showed that several proteins were up- or downregulated. Biological and functional analysis of these proteins showed that they were involved in the metabolism of proteins, nucleic acids, and carbohydrates; response to oxidative stress and protein folding; ATP synthesis and ion transport; membrane and cell wall; and cell division. The most prominent proteins that presented the greatest changes were related to the oxidative stress response and carbohydrate metabolism, suggesting the existence of a defense mechanism in these yeasts to resist the impact of environmental contamination by heavy metal ions