ESCUELA DE DOCTORADO

 
Tesis Doctorales de la Universidad de Alcalá
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SELECCIÓN DE MICROORGANISMOS PARA EL DESARROLLO DE PROCESOS DE BIOOXIDACIÓN AVANZADA
Autor/aSobrino Silva, Alberto
DepartamentoCiencias de la Vida
Director/aGuillén Carretero, Francisco
Fecha de defensa31/10/2017
CalificaciónSobresaliente Cum Laude
ProgramaBiología Funcional y Biotecnología (RD 99/2011)
Mención internacionalNo
ResumenEn los últimos años se ha desarrollado una normativa más estricta respecto a la contaminación de las aguas que ha impulsado el desarrollo de nuevas tecnologías de tratamiento más eficientes. Entre estas tecnologías destacan la aplicación de procesos de oxidación avanzada (POA) y hongos de podredumbre blanca (ligninolíticos) y sus enzimas. La idoneidad de estas tecnologías se debe a la baja especificidad y alta reactividad de los agentes implicados en la degradación. En los procesos de oxidación avanzada se generan oxidantes fuertes, principalmente radical hidroxilo (·OH), como por ejemplo a través del reactivo de Fenton. Por otra parte, los hongos ligninolíticos poseen un sistema enzimático muy inespecífico capaz de actuar directamente sobre una gran variedad de compuestos contaminantes. Además, estos hongos son capaces de producir agentes de bajo peso molecular y alto potencial redox que incrementan notablemente el rango de compuestos susceptibles de degradación. Dichos agentes incluyen los radicales hidroxilo, que pueden generarse, entre otros mecanismos, a través del establecimiento de ciclos redox de quinonas en presencia de ión férrico. La inducción de ·OH puede llevarse a cabo en incubaciones del hongo con una quinona y hierro convenientemente quelado, y se ha demostrado su eficacia en la degradación de compuestos contaminantes, como colorantes textiles y BTEX. La aplicación de este sistema resulta especialmente interesante ya que fusiona las características de los POA y el tratamiento biológico. Si bien su existencia se ha demostrado en hongos de podredumbre blanca y parda, y en y bacterias filamentosas con capacidad ligninolítica, podría tener lugar también en otros microorganismos ya que la distribución entre microorganismos de la actividad quinona reductasa (QR) necesaria para el establecimiento del ciclo redox es bastante amplia. En esta tesis se estudia en el hongo de podredumbre blanca Coriolopsis rigida la influencia de distintos factores implicados en el establecimiento de ciclos redox de quinonas (actividad lacasa, pH, quelante del Fe3+ y presencia de Mn2+) sobre la producción de ·OH y se evalúa su potencial degradativo empleando como contaminantes modelo 27 colorantes textiles. El efecto del Mn2+ sobre los ciclos redox de quinonas fue estudiado en profundidad en el hongo de podredumbre parda Gloeophyllum trabeum, que produce 2,5-dimetoxibenzohidroquinona, quedando demostrado su papel en la oxidación de dicha hidroquinona y la generación de H2O2. La posibilidad de inducir la producción ·OH mediante ciclos redox de quinonas en hongos ascomicetos se demuestra en Aspergillus nidulans y Penicillum oxalicum, empleando como condiciones óptimas en estos hongos pH 7,0 y EDTA como quelante del Fe3+. Estas condiciones fueron aplicadas en la degradación de colorantes textiles, fármacos y disruptores endocrinos. Para demostrar la capacidad de producir ·OH en bacterias no filamentosas se emplearon como bacterias modelo Pseudomonas putida y Escherichia coli, comprobando además en esta última, su efectividad en la degradación de colorantes textiles y fármacos. Finalmente se determinaron las condiciones necesarias para reutilizar el micelio del hongo de podredumbre blanca Trametes versicolor y de A. nidulans en tandas diarias sucesivas de producción de ·OH, comprobando que el sistema no pierde eficacia durante varias semanas en la degradación de carbamazepina y New Coccine, respectivamente. Los resultados obtenidos ponen de manifiesto la posibilidad de inducir la producción de radicales ·OH en varios grupos de microorganismos, pudiendo optimizar los niveles de estos en función de distintos factores, entre los que se incluyen el pH, quelante de hierro, presencia de Mn2+ y los niveles de enzimas ligninolíticas. Se demuestra además como este sistema incrementa la capacidad degradativa de los microorganismos, logrando la biooxidación avanzada de diversos contaminantes del agua.