Embed Size (px)
Citation preview
Dra. en C. Rosa Salgado [email protected]
Importancia de la biodegradación bacterianade hidrocarburos del petróleo
Petróleo
Petróleo
crudo MayaTomado de Engineering Environmental Engineering "Biodegradation
Engineering and Technology", book edited by Rolando Chamy and
Francisca Rosenkranz, ISBN 978-953-51-1153-5.
https://www.intechopen.com/books/biodegradation-engineering-and-
technology/crude-oil-biodegradation-in-the-marine-environments
Importancia del petróleo
Plástico
Telas
Neumáticos
Esencias de
Perfumes Colorantes Detergentes Medicamentos Insecticidas Fertilizantes
Explosivos
Pinturas
Pinturas
Productos
derivados del
petróleo
Contaminación ambientalExpropiación y transporte de petróleo
Tomada de: Environ Sci Technol. 2011 Aug 15; 45(16): 6709–6715.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3155281/figure/fig1/
Posibles causas de derrames de petróleo
e hidrocarburos
Posibles soluciones a la contaminación
debida a derrames de petróleo y derivados
• Uso de material absorvente para recuperar el crudo.
• Uso de agentes tensoactivos para disolver los
hidrocarburos
• Bioremediación
Biodegradación de derrames de petróleo
BIODEGRADACIÓNProducción de agentes tensoactivos
Degradación primaria de
hidrocarburos
Degradación
intermediaria de
hidrocarburos
Segundos consumidores
Reciclado de nutrientes
Predación por
protozoarios
Lisis bacteriana mediada
por fagos
Desmineralización
Tomado de: Röling WFM and van Bodegom PM (2014) Toward quantitative understanding on microbial community structure
and functioning: a modeling-centered approach using degradation of marine oil spills as example. Front. Microbiol. 5:125. doi:
10.3389/fmicb.2014.00125
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2014.00125/full
Microorganismos reportados como biodegradadores de petróleo
Bacterias degradadoras de hidrocarburosGéneros de
bacterias
Reportes
suelo
Reportes
ambientes
acuáticos
Géneros de bacterias Reportes
suelo
Reportes
ambientes
acuáticos
Achromobacter 4 8 Leucothrix - 1
Acinetobacter 3 5 Micrococcus 3 -
Actinomyces 1 2 Moraxella - 1
Alcaligenes 6 3 Mycobacterium 3 -
Aeromonas - 2 Nocardia 3 6
Arthrobacter 7 4 Peptococcus - 1
Bacillus 2 5 Proteus 1 -
Beneckea - 1 Pseudomonas 12 8
Brevibacterium 1 1 Sarcina 2 1
Chromobacterium 1 - Serratia 1 -
Corynebacterium 5 7 Sphaerotilus - 1
Cytophaga 2 - Spirillum 1 1
Erwinia 1 4 Streptomyces 1 -
Flavobacterium 5 6 Vibrio 1 7
Klebsiella - 1 Xanthomonas 2 1
Lactobacilus - 1
Aislamiento de consorcio microbiano con
capacidad para biodegradar petróleo crudo Maya
Instituto Mexicano del Petroleo Rosa Salgado Brito, Benjamín Chávez Gómez y Ana María Mesta Howard
Inocular
a 50 ml M9 con 1% de
petróleo crudo Maya con
500 ml inoculo
Incubar
Temperatura ambiente
a 150 rpm
30 días
Determinar
cuenta viable
Análizar Determinación de HTP
Espectroscopía de infrarojo
Determinación de la biodegradadación bacteriana de
HCT del petróleo por un consorcio microbiano
Optimización de la biodegradadción de petróleo: modificación del medio
de cultivo:
➢ Concentración del petróleo
➢ Fuentes de N2
➢ Adición de agente tensoactivo
MEDIO DE CULTIVO
ORIGINAL
MEDIO DE CULTIVO
CONDICIONADO
TIEMPO LOG DE
UFC / ml
DEGRADACIÓN
%
LOG DE
UFC / ml
DEGRADACIÓN
%
0 4.64 O 4.11 0
7 10.23 22.62 10.21 31.65
12 11.11 31.70 11.24 39.85
21 6.68 33.7 7.42 41.13
28 7.15 39.6 7.98 49.58
35 7.10 47.3 8.02 51.77
0
2
4
6
8
10
12
0 5 10 15 20 25 30 35
TIEMPO EN DÍAS
LO
G.
DE
LA
S U
FC
/ m
l
0
10
20
30
40
50
60
% D
E D
EG
RA
DA
CIÓ
N
Comparación de cinéticas de crecimiento y biodegradación
optimizadas y sin optimización
• Biorremediación “ex situ” de agua y suelo
Recuperación de suelos
contaminados por el petróleo
Principales hidrocarburos del petróleo
Mayor concentración
Alcanos
Hidrocarburos saturados, de uno a 50 átomos de carbono,cuya formula general es:
CnH2n+2
n-alcano
iso-alcano
Parafinas
➢Alcanos, sólidos, lineales y ramificados de más de 17
átomos de carbono.
➢Usos
La extracción de petróleo puede verse seriamente afectada por los
depósitos de parafinas.
Problemas ocasionados por de n-alcanos
Corte de un ducto taponado
principalmente con Parafina
• El transporte y el almacenamiento de petróleo puede verse afectado
seriamente por la precipitación de las parafinas en los ductos de
transporte y tanques de almacenamiento.
Parafina obtenida de un tanque de almacenamiento
Problemas ocasionados por de n-alcanos
Posibles soluciones para eliminar depósitos de parafina
• Aplicación de solventes y dispersantes.
• Inyección de aceite caliente.
• Utilización de cortadores mecánicos para bloques de
parafina.
• Uso de productos biológicos
Capacidad de los microorganismos para crecer
sobre n-alcanos
Utilización de n-alcanos por microorganismos eucarióticos
Organotróficos Fotoautotróficos
Levaduras y Hongos Algas
Candida Aspergillus Chlorella
Torulopsis Cladosporium Scenedesmus
Rhodotorula Cunninghamella
Trichosporon Fusarium
Hansenula Penicillium
Mycotorula Trichoderma
Utilización de n-alcanos por microorganismos procarióticos
• Fotoautotróficos
• Organotróficos
• Actinomicetos y organismos relacionados
• Bacterias del metano
Capacidad de los microorganismos para crecer sobre n-alcanos
Degradación de parafinas por
Pseudomonas aeruginosa MGP-1
Degradación de parafinas por
Pseudomonas aeruginosa MGP-1
Parafina I
Parafina IV
Degradación de
parafinas por
Pseudomonas
aeruginosa MGP-1
Caracterización de Pseudomonas
aeruginosa MGP-1
➢ Obtención extractos libres de células de P. aeruginosa MGP-1 con
actividad de oxidación de n-alcanos.
➢ Establecimiento de un método para determinar y cuantificar la
actividad de oxidación de los n-alcanos presentes en los extractos
libres de células.
➢ Establecer metodologías para identificar los productos de oxidación
de n-alcanos.
➢ Dilucidar una vÍa de oxidaci’on de alcanos de alto peso molecular
➢Temperatura
➢pH
➢Concentración de Substrato C16 y C24
➢Concentración de NADH+H+
➢Especificidad de sustrato
Hacer mezcla de reacción: Incubar a 28°C durante 1h y leer la
disminución de la As a 340 nm c/5min
Caracterización del SEOA en extracto crudo
Procesos implicados en la oxidación de n-alcanos
➢Mecanismos de oxidación de alcanos
➢Vía de oxidación
➢Hidroxilación
➢Hidroperoxidación
➢Deshidrogenación
➢Sistemas transportadores de electrones
➢Terminal
➢Subterminal
➢Diterminal
➢Sistema rubredoxina reductasa
➢P 450
➢Metano.
➢Alcanos gaseosos de 2 a 4 C.
➢Alcanos líquidos de entre 5 y 12 C.
➢Alcanos de entre 12 y 20 C.
➢Alcanos de más de 20 C.
Clasificación de bacterias degradadoras de alcanos
➢Alcanos gaseosos
➢Alcanos líquidos
➢Alcanos sólidos
➢Sobrenadante
➢Extractos libres de células obtenidas de cultivos
con C16 y C24 como fuente de carbono
Evaluación de la actividad enzimática de
oxidación de n- alcanos
Resultados
Evaluación de la actividad enzimática de oxidación de n-
alcanos en el ELC-C16
Evaluación de la actividad enzimática de oxidación de n-
alcanos en el ELC-C24
Dioxigenasa
Hidroperoxidación
Singer Finnerty (1984)
CH3(CH2)14CH3
Hexadecano
CH3(CH2)14CH2OOH
Hexadecilhidroperoxido
CH3(CH2)14CH2OH
Hexadecanol
NAD
NADH2
Deshidrogenación
Azoulay (1965)
+ O2 + Fe2+
Olefin oxidasa
Alcano deshidrogenasa+ FeNAD
NADH2
CH3(CH2)4CH2CH3 Heptano
CH3(CH2)4CH=CH Hepteno
CH3(CH2)4CH-O-CH2
CH3(CH2)4CH2CH2OH Heptadecanol
Mecanismos de oxidación de alcanos
Sistemas transportadores de electrones en la oxidación de
n-alcanos
• Sistema citocromo P-450~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~~~~~~
O2
H-O-H
NADPH+H+
NADP+R-H
R-OH
P-450Citoplasma
Membrana del Retículo endoplásmico
• Sistema de Rubredoxina
Modelo de membrana para la oxidación de alcanos
propuesto por Benson y col. (1979)
R-CH3
R-CH3Ox
Rub
Red
RH2-OH Alc.Des.
RCHO RCOOH
B-Oxidación
LPS
ME
PG
MI
CIT
Sistemas transportadores de electrones en la oxidación de
n-alcanos
Rubredoxina
ox
Reductasa
ox
NADH+H+ ó NADPH+H+Rubredoxina Reductasa
NAD+ ó NADP+
CH3(CH2)nCH3Alcano
Monoxigenasa
CH3(CH2)nCH2OHAlcohol
Alcohol deshidrogenasa
CH3(CH2)nCHO
Aldehído
Aldehído deshidrogenasa
Conclusiones
b-OxidaciónCH3(CH2)nCOOHÁc. carboxílico
Rubredoxina
ox
Reductasa
ox
NADH+H+ ó NADPH+H+Rubredoxina Reductasa
NAD+ ó NADP+
➢Oxidación de n-alcanos por Pseudomonas aeruginosa
MGP-1 H
3C
(CH
2) n
CO
O C
H2(C
H2) n
CO
OH
Hexad
ecilh
exad
ecan
oato
EFECTO DETERMINADO REACCIÓN ENZIMATICA
ELC-C16 con sustrato C16 ELC-C24 con sustrato C24
Temperatura En intervalo de 45 a 55 ºC 55 ºC
pH En intervalo de 6.6 a 7.5 7.5
Concentración NADH+H+ 2 mM De 2 a 3 mM
Concentración de
sustrato
4.16 mL/mL 6.5 mg/ mL
Especificidad de sustrato C11 a C40 y tal vez más C11 a C40 y tal vez más
Sustratos no oxidados C5 a C10 C5 a C10
Funcionalidad con
NADPH+H+
Efectiva Efectiva
Caracterización del SEOA en extracto crudo
2016, Terry C. Hazen, Marine Oil Biodegradation, Environ. Sci. Technol., 2016, 50 (5), pp 2121–2129Environ. Sci.
Technol., 2016, 50 (5), pp 2121–2129.
http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.5b03333
Importancia de la biodegradación bacteriana de hidrocarburos del petróleo
CONCLUSIONES
La importancia de la biodegradación bacteriana de
hidrocarburos de petróleo radica en:
Formar consorcios microbianos para bioremediar sitios contaminados in
situ o ex situ.
Reconocer géneros bacterianos y su espectro de degradación de
hidrocarburos para su posible uso para destapar ductos y tuberías
tapadas con parafinas.
Reconocer las vías metabólicas y metabolitos que se llevan a cabo que
puedan dar lugar a la formación de compuestos de interés industrial
como agentes biotensoactivos, ácidos orgánicos.
PERSPECTIVAS
BiotecnologÍa
del petróleo
Transformación de petróleo crudo a ligero
Recuperación mejorada de petróleo
Recuperación terciaria de petróleo
En refinerÍa y estación de
servicio
Transformación de petróleo crudo a ligero
Recuperación mejorada de petróleo
Biodesulfuración
Biodesnitrogenación
Eliminación de metales
En transito
In situ
Biodesulfuración
Biodesnitrogenación
Eliminación de metales
Diminución de la biocorrosi’on
![Sobre la biodegradación del Benzo[a]Pireno](https://img.pdfslide.net/doc/110x75/55cf8e04550346703b8db242/sobre-la-biodegradacion-del-benzoapireno.jpg)
