Biodegradación de sustratos hidrofóbicos utilizando hongos filamentosos y recuperación de hidrofobinas - Vigueras Ramírez, Juan Gabriel (Universidad Autónoma Metropolitana, 2009)
Fungal biofilters have shown high elimination capacities (ECs) for hydrophobic volatile organic compounds (VOCs). It has been hypothesized that the above is due to the formation of aerial hyphae, which increase the area of transfer and hydrophobic surfaces that favor the partition of these compounds. Both physiological characteristics, aerial mycelium and hydrophobic surfaces, are related to hydrophobins, small proteins (~100 amino acids) with biosurfactant activity, which are involved in the initial stages of fungal pathogenesis allowing adherence of spores and hyphae to the host. This study investigated the physiological response of filamentous fungi for the biodegradation of hydrophobic substrates also was analyzed the possibility of recovering hydrophobins from the formed biomass. The first results showed that Rhinocladiella similis was able to biodegrade VOCs of opposite polarities in gas phase biofilters. EC of 74 g hexane m-3 h-1 with removal efficiencies (RE) of 70%, and 230 g ethanol m-3 h-1 (ER 74%) were obtained. The surface hydrophobicity was higher when grown on n-hexane than ethanol, with contact angles of 105º and 84º respectively. Furthermore the expression of hydrophobin-like proteins from the mycelium produced with n-hexane (15 kDa) were different from those obtained in the ethanol biofilter (8.5 kDa and 7 kDa). Subsequently we showed that nematophagous fungus Paecilomyces lilacinus was able to consume toluene as the sole carbon source in a gas phase biofilter found an EC of around 50 g m-3 h-1 (ER 53%). From the mycelium produced in the biofilter were purified by electrobubbling a hydrophobin (PLHYD) of 10.6 ± 0.3 kDa , and identified by peptide mass fingerprinting (PMF). Also, PLHYD production was also evaluated when grown in liquid (SmF) and solid-state fermentations (SSF) with n-hexadecane (HXD). The yield in SSF, 0.8 mg PLHYD g biomass−1 , was lower than the obtained in the toluene biofilters but in SmF the PLHYD was not detected. The respiratory activity in SmF (Vmax 1.16 g CO2 m-3 h1 ) was two times higher than the SSF (Vmax 0.57 g CO2 m-3 h-1). The PLHYD showed surface activity to modify the hydrophobicity of Teflon from 130.1 (±2)° to 57.0 (±5)° and tolerated hot SDS washing. This is a first report on the biodegradation of hydrophobic sustrates by filamentous fungi and recovery of added value products such as hydrophobins proteins. The study also contributes to understand more about the fungal physiological response to grow in hydrophobic environments. Finding that both sustrates polarity and type of culture, has an effect on expression of hydrophobins proteins. Also the biosurfactant activity of hydrophobins may have an important role in the solubility and transfer of VOC, but more work is needed in this respect.; Los biofiltros fúngicos han mostrado altas capacidades de eliminación (CE) de compuestos orgánicos volátiles (COV) hidrofóbicos. Se ha hipotetizado que lo anterior es debido a la formación de hifas aéreas, las cuales aumentan el área de transferencia y las superficies hidrofóbicas que favorecen la partición de estos compuestos. Ambas características fisiológicas, micelio aéreo y superficies hidrofóbicas, están relacionadas con las hidrofobinas, pequeñas proteínas (~100 aminoácidos) con actividad biosurfactante, implicadas en los primeros pasos de la patogénesis fúngica que permiten la adhesión de esporas e hifas al huésped. En este trabajo se investigó la respuesta fisiológica de los hongos filamentosos durante la biodegradación de sustratos hidrofóbicos además se analizó la posibilidad de recuperar hidrofobinas a partir de la biomasa formada. Los primeros resultados mostraron que Rhinocladiella similis es capaz de biodegradar COV de polaridades opuestas en biofiltros de fase gas. Se obtuvieron CE de 74 g hexano m-3 h-1 con eficiencias de remoción (ER) del 70%, y 230 g etanol m-3 h-1 (ER 74%). Se observó una mayor hidrofobicidad superficial al crecer en n-hexano comparado con etanol, con ángulos de contacto de 105º y 84º, respectivamente. Además la expresión de proteínas tipo hidrofobinas del micelio producido con n-hexano (15 kDa) fueron diferentes a las obtenidas en el biofiltro de etanol (8.5 kDa y 7 kDa). Posteriormente se mostró que el nematófago Paecilomyces lilacinus es capaz de consumir tolueno como única fuente de carbono en un biofiltro de fase gas obteniendo una CE promedio de 50 g m−3 h−1 (ER 53%). Apartir del micelio producido en el biofiltro se purificó por electroburbujeo una hidrofobina (PLHYD) de 10.6 ± 0.3 kDa, y se identificó mediante huella peptídica (PMF). El rendimiento fue 1.1 mg PLHYD g biomasa−1 . La producción de PLHYD fue evaluada también cuando creció en cultivo líquido (FML) y sólido (FMS) con n-hexadecano (HXD). El rendimiento en FMS, 0.8 mg PLHYD g biomasa−1 , fue menor al obtenido en el biofiltro con tolueno, pero en FML la PLHYD no fue detectada. La actividad respiratoria en FML (Vmax 1.16 g CO2 m-3 h-1) fue dos veces mayor que en FMS (Vmax 0.57 g CO2 m-3 h-1). La PLHYD mostró actividad superficial al modificar la hidrofobicidad del teflón disminuyendo su ángulo de contacto de 130.1 (±2)° a 57.0 (±5)° soportando lavados con dodecil sulfato de sodio (SDS) caliente. Siendo este un primer reporte sobre la biodegradación de sustratos hidrofóbicos con hongos filamentosos y recuperación de productos de valor agregado tal como son la hidrofobinas. El estudio además contribuye a entender más sobre la respuesta fisiológica que tienen los hongos filamentosos al crecer en ambientes hidrofóbicos. Mostrando que tanto la polaridad de los sustratos, así como el tipo de cultivo, tienen un efecto en la expresión de las proteínas del tipo hidrofobinas. También la actividad biosurfactante de las hidrofobinas puede tener un papel importante en la solubilidad y transferencia de COV, pero se necesita mas trabajo al respecto.