Biodegradación de altas concentraciones de benzo(a)pireno como única fuente de carbono y energía por Aspergillus terreus en cultivo sólido 上市 Deposited
In the present work was evaluated the capacity of Aspergillus terreus, Aspergillus niger and Phanerochaete chrysosporium to biodegrade high concentrations of benzo(a)pyrene (BaP) in solid culture on polyurethane foam as matrix. The three filamentous fungi studied were able to biodegrade 0.5 mg BaP (g dry matrix)-1. The presence of glucose in the culture media provoked different effects in each fungus, A. terreus showed the maximum biodegradation level in the absence of glucose, followed by P. chrysosporium which biodegraded the same level of BaP in absence as in presence of glucose and finally, Aspergillus niger showed the maximum biodegradation level in presence of glucose. In the absence of glucose and in the studied range, the C/N ratio influences the biodegradation of BaP in an independent way for the microorganisms used, the C/N ratio influences only the BaP biodegradation by A. terreus, showing the highest levels when C/N was 5 and 15. During cultures the removal of the BaP was considered as a standard to select the strain with the highest capacity of biodegradation. The studies of biodegradation continued with of A. terreus as a model of study. It was evaluated the effect of the yeast extract over the biodegradation of 0.5 y 5.0 mg BaP (g dry matrix)-1 was evaluated in a solid culture with polyurethane foam (PUF), finding that under the studied concentrations, the presence of yeast extract in the culture media did not modify the BaP biodegradation levels by A. terreus, in a similar way, it was found that the initial concentration of BaP had not effect upon the biodegradation extent. The PUF contained impurities (carbon compounds) that enhance the biodegradation of 0.5 and 5.0 mg BaP (g dry matrix)-1, because of this, the assays were performed on perlite as solid inert support. The biodegradation of 5.0 mg BaP (g dry matrix)-1 as sole source of carbon was significatively lower than the one founded in cultures with polyurethane foam. The presence of glucose did not enhance the biodegradation. Assays of biodegradation of 0.5 mg BaP mL-1 in liquid culture in absence and presence of glucose were made. The biodegradation in absence of glucose was lower to the one founded in solid cultures with perlite, in case of liquid cultures with glucose the biodegradation was increased. At the end of the biodegradation of the BaP as sole source of carbon, unlike solid cultures on PUF, in solid cultures on perlite and in liquid culture, carbon balances with high levels of recovery carbon were observed. In both cultures poor levels of CO2 and biomass were found. The highest proportion of carbon was founded as soluble carbon (hydrosoluble metabolites), in this fraction compounds that probably inhibited the biodegradation of BaP were found. The subsequent biodegradation of the hydrosoluble metabolites resulted in a high biomass production due to the higher oxidation level of the soluble molecules with respect to the BaP oxidation level. Within this experiments, the accumulation of certain compounds that inhibited the total biodegradation of the soluble metabolites, was demonstrated. Finaly, studies related to the dehydrogenase activity of A. terreus in liquid culture in the presence of different concentrations of BaP were performed. The maximum enzymatic activity was found between 0.05 and 0.12 mg BaP mL-1, and also at the higher concentrations studied (2.5 y 5.0 mg mL-1) the dehydrogenase activity was present. In sumary, A. terreus was capable to biodegrade high concentrations of BaP as sole source of carbon and energy, in both, liquid culture and solid culture. Perlite, as inert support matrix in solid culture allowed the analysis of the final distribution of the carbon from the BaP.
En el presente trabajo se evaluó la capacidad de Aspergillus terreus, Aspergillus niger y Phanerochaete chrysosporium para biodegradar altas concentraciones de benzo(a)pireno (BaP) en cultivo sólido, con espuma de poliuretano (EPU) como soporte. Los tres hongos filamentosos estudiados fueron capaces de biodegradar 0.5 mg BaP (g soporte seco)-1. La presencia de la glucosa en el medio de cultivo tuvo un efecto diferente para cada hongo; en A. terreus se observó el máximo nivel de biodegradación en ausencia de glucosa, seguido por P. chrysosporium, el cual biodegradó el mismo nivel de BaP en ausencia y en presencia de glucosa y finalmente, A. niger, el cual presentó el máximo nivel de biodegradación en presencia de glucosa. En el intervalo estudiado y en ausencia de glucosa, la relación C/N influyó en la biodegradación de BaP de manera independiente para los microorganismos, obteniéndose la mayor biodegradación a C/N de 5 y 15 para A. terreus. Durante los cultivos se consideró la remoción de BaP como criterio para seleccionar la cepa con la mayor capacidad de biodegradación. Los estudios de biodegradación se continuaron con A. terreus como modelo de trabajo. Se evaluó la biodegradación de 0.5 y 5.0 mg BaP (g soporte seco)-1 en cultivo sólido con EPU, encontrándose que bajo las concentraciones estudiadas, la presencia de extracto de levadura en el medio de cultivo, no modificó los niveles de biodegradación de BaP por A. terreus, de manera similar, se encontró que la concentración inicial de BaP no influyó en el nivel de biodegradación. La EPU aportó compuestos carbonados que favorecieron la biodegradación de BaP, por lo que no fue posible estudiar la biodegradación de BaP como única fuente de carbono por A. terreus, por esto se continuaron los ensayos en cultivo sólido con agrolita como soporte. La biodegradación de 5.0 mg BaP (g soporte seco)-1 como única fuente de carbono fue significativamente menor a la encontrada en el cultivo con EPU. La presencia de glucosa no favoreció la biodegradación de BaP. Se realizaron ensayos de biodegradación con A. terreus en cultivo líquido con 0.5 mg BaP mL-1 en ausencia y presencia de glucosa. La biodegradación en este sistema en ausencia de glucosa, fue menor al encontrado para el cultivo sólido con agrolita, en el caso de los cultivos con glucosa, la presencia del azúcar incrementó la biodegradación, al contrario de los cultivos sólidos. Al final de la biodegradación de BaP como única fuente de carbono, a diferencia del cultivo sólido con EPU, en cultivo sólido con agrolita y cultivo líquido, se obtuvieron balances con altos niveles de recuperación de carbono, encontrándose para el cultivo sólido con agrolita y el cultivo líquido niveles bajos de producción de CO2 y biomasa. La mayor proporción del carbono inicial se encontró en forma soluble (metabolitos hidrosolubles), en esta fracción hubo compuestos que inhibieron la biodegradación del BaP. La subsiguiente biodegradación de los metabolitos hidrosolubles produjo altos rendimientos de biomasa, debido al mayor nivel de oxidación de las moléculas con respecto al BaP. Con estos experimentos se demostró que para el BaP, la acumulación de ciertos compuestos inhiben la biodegradación total de los metabolitos hidrosolubles. Finalmente, se realizaron estudios sobre actividad deshidrogenasa de A. terreus en cultivo líquido en presencia de diversas concentraciones de BaP, encontrándose la máxima actividad entre 0.05 y 0.12 mg BaP mL-1. Sin embargo, también a las mayores concentraciones estudiadas (2.5 y 5.0 mg mL-1) se presentó actividad deshidrogenasa, con lo que se demostró que a altas concentraciones en cultivo líquido, la actividad metabólica de A. terreus para biodegradar BaP no fue inhibida. A. terreus fue capaz de biodegradar altas concentraciones de BaP como única fuente de carbono y energía, en cultivo sólido y en cultivo líquido. La agrolita como soporte en cultivo sólido, permitió el análisis de la distribución del carbono procedente del BaP biodegradado.
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