Formación y caracterización de biopelículas de Acidithiobacillus thiooxidans soportadas en grafito - Méndez Tovar, Marcela (Universidad Autónoma Metropolitana, 2019)
Acidithiobacillus thiooxidans es un bacteria sulfuroxidante que utiliza compuestos inórganicos reducidos de azufre (RISC, por sus siglas en inglés) como fuente de energía [1–4]. Al ser una bacteria quimiolitoautotrófica, se utiliza en procesos de biolixiviación de diversos sulfuros minerales [5]. En los últimos años el uso de microorganismos acidófilos y quimiolitoautotróficos se ha propuesto como una alternativa en los sistemas bioelectroquímicos (BES) que operan a pH ácido. Uno de los aspectos importantes en los sistemas bioelectroquímicos radica en la importancia de la biopelícula soportada en materiales a base de carbono. Aunque la formación y desarrollo de biopelículas se ha estudiado en superficies de sulfuros minerales (SM) por la principal aplicación de estos microorganismos, los estudios interfaciales en materiales de carbono (orientados a BES) son escasos y enfocados a caracterizar únicamente procesos redox. A pHs ácidos se carece de estudios sobre los fenómenos que ocurren en la interfase electrodo/bacteriabiopelícula/solución. Debido a las posibles aplicaciones de las biopelículas en procesos bioelectroquímicos, es necesario investigar el crecimiento de una biopelícula en un soporte sólido en condiciones ácidas. En este trabajo se estudió la formación de biopelículas de Acidithiobacillus thiooxidans sobre una superficie de grafito. Se establecieron las condiciones de operación tanto microbiológicas como electroquímicas y los respectivos controles abióticos. Para poder estudiar la formación y evolución de la biopelícula se ensayaron dos estrategias experimentales: condiciones in situ y ex situ; en la caracterización de la interfase in situ, se enmascara la respuesta de la biopelícula debido al medio de cultivo “envejecido”, siendo más efectiva la estrategia ex situ. En esta estrategia primero se formó la biopelícula y posteriormente se analizó en un sistema de tres electrodos con medio de cultivo fresco. Mediante la técnica de EIS, se obtuvieron espectros a diferentes tiempos de formación y desarrollo de la biopelícula, a los cuales se verificó el estado estacionario de los bioelectrodos; posteriormente se propuso el ajuste de los espectros a un circuito equivalente (eec) para obtener los parámetros eléctricos (Resistencia de la solución, Resistencia de la biopelícula, Resistencia a la transferencia de carga y Capacitancia de la biopelícula) correspondientes a cada día de incubación. Por medio de microscopía confocal láser de barrido (CLSM) se detectaron las sustancias poliméricas extracelulares (EPS) de la superficie de los bioelectrodos, (exopolisacáridos, compuestos hidrofóbicos y ADN). Contrastando la información obtenida por EIS (parámetros eléctricos) con las imágenes de CLSM, se observó que la respuesta obtenida por EIS está relacionada con la modificación de las EPS (proporción de compuestos hidrofóbicos/exopolisácaridos) que tiene la biopelícula a diferentes tiempos de incubación. Se observó que cuando se tiene una mayor proporción de compuestos hidrofóbicos/exopolisácaridos, incrementa la resistencia de la biopelícula. Se realizó una voltamperometría cíclica a cada bioelectrodo donde se detectó un proceso de reducción irreversible (0.1- 0.2 V vs. NHE) que incrementa a medida que los tiempos de incubación de la biopelícula son mayores; esta señal se asoció al par redox del glutatión que se encuentra en las proteínas de membrana externa de A. thiooxidans. El análisis de Raman demostró S0 adherido a la superficie de grafito y también polisulfuros como subproductos de la biooxidación.