Estudio de los mecanismos de remoción de pentaclorofenol por Rhizopus oryzae ENHE - León Santiesteban, Héctor Hugo (Universidad Autónoma Metropolitana, 2014)
The PCP contamination into environment started at the beginning of 20th century and unfortunately persists nowadays because of the recalcitrant nature of this pollutant. Fungi had been a great alternative to degrade pollutants since they can remove them by physicochemical procedures, in some cases until mineralization. Rhizopus oryzae ENHE (CDBB-H-1877), a zygomycete isolated from PCP-contaminated soil, is a filamentous fungus that it is able to remove PCP. In this work it was showed that R. oryzae ENHE can remove PCP by means three mechanisms; two of which are related to the partial degradation of PCP and are metabolically dependents. Biosorption was the main mechanism of PCP removal. The sorption of PCP on dried powdered biomass was reversible, dependent of temperature and it was increased at pH 5.0, where the maximum sorption capacity of PCP was 16.99 mg PCP g-1 biomass. On the other hand, the maximum sorption capacity of PCP was 37.09 mg PCP g-1 biomass at pH 3.3 using a wet weight biomass. R. oryzae ENHE uses both methylation and dechlorination reactions as metabolic strategies to degrade PCP. However, the presence of this xenobiotic in the R. oryzae ENHE cultures affected its respiratory capacity, its growth, its biomass yield coefficient, its specific growth rate and its specific substrate uptake rate. It was demonstrated that PCP was mainly degraded inside of the fungus cells because of little amount of intermediates quantified in the broth. When the fungus was cultivated into a mineral medium with glucose and (NH4)2SO2, as carbon and nitrogen sources, and 2 mg of PCP it was yielded 0.116 µg of pentachloroanisole, 10.46 µg chlorinated compounds and six unidentified chlorinated compounds, two of which may be 2,3,4,6-tetrachlorophenol and lactate of PCP. However, when glutamic acid and NaNO3 were used as carbon and nitrogen sources, it was yielded 6.81 µg of pentachloroanisole, 2.89 µg chlorinated compounds and four unidentified chlorinated compounds. R. oryzae ENHE was also cultivated in a stirring tank reactor. Preliminary results indicated that possibly some intermediates of PCP metabolism may form chlorinated dimeric and/or polymeric structures. It is necessary more investigation about that, however, it is clear that some culture variables, such as: aeration and agitation may promote the formation of degradation products of PCP difficult to identity in culture flasks.; La contaminación ambiental por pentaclorofenol (PCF) fue un fenómeno que inició a principios del siglo XX y que continúa actualmente por su naturaleza recalcitrante. Los hongos han sido una fuente microbiana con un gran potencial para eliminar este xenobiótico, ya que pueden removerlo por procesos físicos-químicos y también mineralizarlo, en el mejor de los casos. Rhizopus oryzae ENHE (CDBB-H-1877), un zigomiceto aislado de un suelo contaminado con PCF, es un hongo filamentoso que por lo menos puede remover al PCF por medio de tres mecanismos; dos de ellos involucran la degradación parcial del clorofenol y dependen del metabolismo del hongo. La biosorción fue el principal mecanismo de remoción de PCF. Con biomasa seca y pulverizada la sorción fue reversible, dependiente de la temperatura y se favoreció a pH 5 donde la capacidad máxima de sorción fue 16.99 mg PCF g-1 biomasa. Con biomasa húmeda, la capacidad máxima de sorción aumentó a 37.09 mg PCF g-1 biomasa a pH 3.3. La metilación y la decloración (oxidativa y reductiva) son mecanismos metabólicos utilizados por R. oryzae ENHE para disminuir el efecto tóxico del PCF. Sin embargo, la presencia de este xenobiótico en los cultivos del hongo afectó su capacidad respiratoria, su crecimiento, el rendimiento biomasa-sustrato, su velocidad específica de crecimiento y el consumo de las fuentes de carbono. Se demostró que la degradación del PCF se lleva a cabo principalmente al interior de las células y escasamente en el caldo de cultivo. En un medio mínimo con 2 mg de PCF, glucosa y (NH4)2SO2, como fuentes de carbono y nitrógeno, R. oryzae ENHE produjo 0.116 µg de pentacloroanisol, 10.46 µg de compuestos aromáticos clorados y 6 compuestos más, uno de ellos parece ser 2,3,4,6-tetraclorofenol. Se encontraron indicios de que el otro compuesto es un lactato del PCF y los otros 4 no fueron identificados. Sin embargo, al utilizar al ácido glutámico y NaNO3 como fuentes de carbono y nitrógeno, el hongo produjo 6.81 µg de pentacloroanisol, 2.89 µg de compuestos aromáticos clorados, un compuesto no identificado en la biomasa y tres compuestos no identificados en el caldo de cultivo, éstos últimos con un nivel bajo de detección. También se cultivó a R. oryzae ENHE en un reactor de tanque agitado, los resultados preliminares indicaron que posiblemente algunos intermediarios de la degradación de PCF pueden unirse entre sí formando estructuras diméricas y/o poliméricas cloradas. Por lo que es necesario ampliar la investigación para obtener conclusiones concretas sobre este tema. Sin embargo, es claro que algunas variables de cultivo controlables en un reactor, tales como: aireación y agitación pueden influir en la formación de productos de degradación de PCF que no son fácilmente observables en un cultivo en matraz.