Estudio de la degradación de metano y acumulación de polímeros intracelulares por Methylobacterium organophilum CZ-2 - Zúñiga Peña, Nancy Cristal (Universidad Autónoma Metropolitana, 2014)
Las emisiones de gases que contribuyen al calentamiento global son un grave problema para la humanidad y los ecosistemas debido a sus efectos sobre y industrial han dado lugar a la dióxido de carbono (CO₂), metano (CH₄) y oxido nitroso (N₂O), que contribuyen al efecto de invernadero. El CH₄ tiene un potencial global de calentamiento (PGC), que es de 21 a 75 veces mayor que el CO₂ dependiendo del tiempo de referencia considerado. El CH₄ es un gas de efecto inv y es de 76 biológica de CH₄ ha sido estudiada en reactores de tanque agitado, biofiltros, biocubiertas y, recientemente, en reactores de membrana y reactores de part TPP estos últimos tiene una fase no acuosa adicional hexadecano, que aumenta la biodisponibilidad de CH₄ mediante la mejora en los procesos de transferencia de masa del sustrato en la fase gaseosa hacia los microorganismos en el medio de cultivo. En este trabajo CH₄ por Methylobacterium organophilum CZ-2, una cepa aislada de un consorcio metanotrófico; se ensayaron diferentes condiciones de operación; crecimiento y limitación por nitrógeno utilizando reactores de tanque agitado (STR) y TPPB, con el fin de estudiar tanto el efecto del aceite de silicón sobre la degradación de CH₄ como la acumulación de polímeros intracelulares, la cepa aislada mostró mayor capacidad de degradación de CH₄ bajo condiciones de crecimiento y aumento el 33 % la degradación en el TPPB. Aunado a esto se realizó un modelo metabólico donde se estudió el metabolismo metanotrófico de Methylobacterium organophilum CZ-2, que involucra la mineralización de CH₄, el ciclo de la serina, el ciclo de los ácidos tricarboxílicos, la ruta del etilmalonil-CoA, la síntesis de PHA de cadena par e impar, principalmente; el objetivo de esta parte del trabajo fue evaluar la factibilidad metabólica de utilizar diferentes cosustratos que permitan alcanzar mayores cantidades de biomasa y PHA de mayor calidad; el modelo se validó y permitió hacer algunas simulaciones in silico que teóricamente permitirán redirigir el flujo de carbono hacia la síntesis de polímeros intracelulares con diferentes monómeros. Los cosustratos seleccionados, después del análisis metabólico, fueron citrato y propionato; y estos se probaron en experimentos en matraces con mezclas de sustratos CH₄-citrato y CH₄-propionato los valores de yPHA fueron 0.82 y 0.68, respectivamente. Cuando M. organophilum CZ-2 se cultivó en bioreactores con CH₄- citrato la concentración final de PHA fue de 143 g m⁻³ , el cual contenía monómeros de hidroxibutirato (HB), hidroxivalerato (HV) y hidroxioctanoato (HO), en proporciones de 55:35:10, con yPHA de 0.88 y conservando la capacidad de eliminación (CE) de CH4 en 20 g m-3 h -1 . Para el caso de CH4-propionato, el yPHA fue de 0.3 y la CE estuvó alrededor de 8 g m-3 h -1 . El polímero producido fue caracterizado por espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN) y calorimetría diferencial de barrido (DSC), en la RMN de 1H y 13C se encontró que el polímero producido con la mezcla de sustratos CH4-citrato contenía seis monómeros diferentes: 3HB, 3HV, 4HV, 4-hidroxiheptanoato (4HH), 3HO y 4HO, los cuales muestran la versatilidad de esta bacteria para producir PHA de alta calidad reflejada en sus propiedades físicas y mecánicas. En cuanto al DSC, se obtuvieron valores de temperatura de fusión similares a los obtenidos en la literatura, para el caso de CH4 como única fuente de carbono la composición del polímero fue 95:5 PHB-V y 65˚C z CH4-propionato de composición 75:25 PHB-V 48˚C y CH₄-citrato de composición 55:34:11 PHB-V-O 8˚C Estos resultados son comparables y en el caso de acumulación superiores a los reportados en la literatura. Lo ensayado demostró que durante el tratamiento de CH₄ es posible generar un producto con alto valor agregado, siempre y cuando las condiciones de cultivo permitan redirigir el metabolismo celular PHA y biomasa reduciendo las emisiones de CO₂.