Biodegradación de poliestireno por microorganismo aislados de un basurero municipal Public Deposited
El poliestireno (PS) es uno de los polímeros termoplásticos más utilizados; debido a su gran resistencia se ha considerado como no biodegradable, existen diferentes tipos de PS, pero uno de los más utilizados es el PS expandido, ya que al ser ligero y resistente es empleado para el empaque y transporte principalmente de alimentos, los cuales son utilizados sólo una vez y desechados. En el año 2006 se reportó que en México se generaron 34.6 millones de toneladas de residuos sólidos urbanos de los cuales el 19% son residuos no aprovechables donde se encuentran todos los productos elaborados con PS. La acumulación de estos residuos genera problemas ambientales y al no haber estrategias adecuadas para su reciclaje o degradación, se han buscado alternativas que sean de bajo costo y amigables con el ambiente, donde una de ellas es la biodegradación de los polímeros sintéticos utilizando microorganismos. En la presente investigación se realizó la evaluación de la biodegradación de dos tipos de PS en forma de cristal y expandido con tres bacterias aisladas de una muestra de PS expandido recolectado en el basurero del municipio de Chimalhuacán, Edo. de México (González-Martínez, 2015), mediante las pruebas de Sturm (monitoreo en la producción de CO2) y la pérdida de peso, además se estudió el efecto del cobre en la producción de lacasa por las bacterias aisladas y su efecto en la biodegradación del PS. Las bacterias utilizadas fueron identificadas por biología molecular realizando la extracción del ADN bacteriano y por medio de la técnica de reacción en cadena de la polimerasa (PCR) se realizó la amplificación de la región del ARNr 16S y las secuencias se compararon en el BLAST de la base de datos de la NCBI obteniendo que las bacterias aisladas pertenecen al género de Enterobacter. Identificándolas como: Enterobacter sp. UAMI-C1, Enterobacter sp. UAMI-C2 y Enterobacter sp. C4. Confirmando que pertenecían a la familia de las enterobacterias por características morfológicas (micro y macroscópicas) y también por espectrometría de masas (MALDI-TOF-MS) donde se realiza desorción/ionización de las proteínas obteniendo los espectros de masas comparándolos con una base de datos. La prueba de Sturm se realizó con la bacteria Enterobacter sp. UAMI-C1 y PS cristal. Obteniendo una producción de CO2 de 2.31 mg/ml con una biodegradación del 0.062% a los 15 días. Sin embargo, la producción de CO2 se mantuvo constante después del día 10 del ensayo. Debido a estos resultados se decidió no continuar con los ensayos con las otras enterobacterias. Los resultados obtenidos de la prueba de pérdida de peso en un periodo de incubación de 30 días, mostraron que las tres enterobacterias tenían la capacidad de biodegradar los dos tipos de PS, siendo Enterobacter sp. UAMI-C1 con el 0.39% para los dos tipos de PS y Enterobacter sp. UAMI-C4 con el 0.42% para el PS cristal y de 0.40% para el PS expandido, las que presentaron la mayor pérdida de peso sin tener diferencias ii significativas (α=0.05) entre ellas pero ambas presentaron diferencias con Enterobacter sp. UAMI-C2. Al realizar la determinación de la actividad de la lacasa durante la prueba de biodegradación en los días 5 y 10, no se pudo determinar la actividad. Sin embargo, al adicionar sulfato de cobre (CuSO4) en la mezcla de reacción enzimática de los días 15 y 30, se obtuvo actividad de la lacasa para las tres enterobacterias. De esta manera se demostró que el cobre es un activador de la lacasa. Posteriormente, se evaluó el efecto del cobre en el crecimiento de las enterobacterias y en la producción de la lacasa por medio de cinéticas de crecimiento en medio sintético suplementado con glucosa al 1% (p/v) y CuSO4. En este ensayo, se observó que el cobre no inhibió el crecimiento de las bacterias y se dedujo que la producción de la lacasa estaba asociada al crecimiento. Debido a que el cobre no inhibe el crecimiento de las enterobacterias, se realizaron los ensayos de pérdida de peso suplementándolos con CuSO4. En este caso, se obtuvo una mayor pérdida de peso del PS y con un aumento en la producción de lacasa en comparación con el ensayo sin cobre. Así que, la mayor pérdida de peso se obtuvo con Enterobacter sp. UAMI-C4 con el 0.71% para el PS cristal y del 0.85% con PS expandido y una actividad de lacasa de 9.673 X 10-3 y 9.803 X 10-3 U/ml respectivamente. Por los resultados obtenidos, es posible una relación entre la producción de lacasa y la pérdida de peso de PS.
Polystyrene (PS) is one of the most widely used thermoplastic polymers, because of its high resistance has been considered as non-biodegradable, there are different types of PS, but one of the most used is the expanded PS, since being light and resistant is used for packing and transport mainly foods, which are used only once and discarded. In 2006, it was reported that in Mexico 34.6 million tons of urban solid waste were generated, of which 19% are non-usable wastes where are found the products made with PS. The accumulation of these waste cause environmental problems and because there are no adequate strategies for recycling or degradation, alternatives have been sought that are low cost and environment friendly, where one of them is the biodegradation of synthetic polymers using microorganisms. In the present research evaluate of biodegradation of two types of PS in the form of crystal and expanded with three bacteria isolated from an expanded PS sample collected in the municipal dump waste of Chimalhuacán, State of Mexico by the Sturm tests (monitoring of CO2 production) and weight loss. In addition, was studied the effect of copper on the production of laccase by the isolated bacteria and their effect on the biodegradation of PS. The bacteria used were identified by molecular biology performing extraction of bacterial DNA and using the technique of polymerase chain reaction (PCR) amplification of the region of 16S rRNA and sequences were compared in the BLAST of database of the NCBI obtaining that the isolated bacteria belong to the genus of Enterobacter. Identifying them as: Enterobacter sp. UAMI-C1, Enterobacter sp. UAMI-C2 and Enterobacter sp. C4. Confirming that they belonged to the family of enterobacteria by morphological characteristics (micro and macroscopic) and by mass spectrometry (MALDI-TOF-MS) where the desorption/ionization of the proteins is carried out, obtaining the mass spectra comparing them with a database. The Sturm test was performed with Enterobacter sp. UAMI-C1 and PS crystal. Was obtained CO2 production of 2.31 mg / ml with a biodegradation of 0.062% at 15 days. However, CO2 production remained constant after day 10 of the test. Due to these results, it was decided not to continue the trials with the other enterobacteria. The results obtained from the weight loss test in a 30-day incubation period showed that the three enterobacteria had the ability to biodegrade the two types of PS, being Enterobacter sp. UAMI-C1 with 0.39% for both PS and Enterobacter sp. UAMI-C4 with 0.42% for PS crystal and 0.40% for expanded PS, which are presented the greatest weight loss without having significant differences (α = 0.05) between them but both presented differences with Enterobacter sp. UAMI-C2. When determining the activity of the laccase during the biodegradation test on days 5 and 10, the activity could not be determined. However, by adding copper sulfate (CuSO4) to the enzyme reaction mixture on days 15 and 30, laccase activity was obtained for the three enterobacteria. In this way, it was shown that copper is a laccase activator.Subsequently, the effect of copper on bacterial growth and laccase production was evaluated by means of growth kinetics in synthetic medium supplemented with 1% (w/v) glucose and CuSO4. In this test, it was observed that copper did not inhibit the growth of the enterobacteria and it was deduced that laccase production was associated with growth. Because copper didn’t inhibit the growth of the enterobacteria, weight loss tests were supplemented with CuSO4. In this case, a greater loss of weight of the PS and with an increase in the production of lacasa was obtained in comparison with the test without copper. Thus, the greatest weight loss was obtained with Enterobacter sp. UAMI-C4 with 0.71% for crystal PS and 0.85% with expanded PS and a laccase activity of 9.673 X 10-3 and 9.803 X 10-3 U/ml respectively. By the results obtained, it is possible a relation between the production of lacasa and the loss of weight of PS.
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