Estudio de la degradación de pentaclorofenol por Rhizopus nigricans en cultivo sumergido y sólido Público Deposited
El PCF Es un compuesto aromático, el cual es muy utilizado como un potente fungicida para la preservación y protección de la madera y sus derivados. En México el 30% de las aguas de desecho proviene de estas industrias, por lo que, este compuesto se puede encontrar en cantidades considerables en aguas residuales y suelos cercanos a estas industrias. Tiene una alta persistencia en el medio ambiente, una lenta biodegradación y presenta un efecto tóxico sobre muchos sistemas biológicos. Debido a esto es importante proponer procesos para su degradación y/o biorremediación. Entre los métodos convencionales utilizados para este fin se encuentran los químicos y biológicos. Los métodos biológicos han tomado mucha importancia en la actualidad, principalmente la degradación microbiana. Se han realizado estudios con diferentes microorganismos como bacterias y hongos filamentosos. Entre los hongos capaces de degradar el PCF se encuentran algunos bacidiomicetes como Phanerochaete chrysosporium que degrada el 70% de PCF en 22 días usando una concentración inicial de 12 ppm, gracias a que se posee un sistema enzimático altamente inespecífico. Sin embargo, para utilizar microorganismos en procesos biotecnológicos se necesitan cepas con tiempos cortos de crecimiento y altas tasas de degradación, por lo que es necesario encontrar otras especies que presenten estas características. En este grupo de investigación se aisló un hongo que se identificó como Rhizopus nigricans, un zigomiceto silvestre de crecimiento rápido, el cual tolera hasta 100 ppm en cultivo superficial y es capaz de degradar el 65% del PCF inicial en 5 días en cultivo sumergido. En este estudio se plantearon como objetivos determinar las condiciones de cultivo sumergido para la máxima degradación de PCF por R. nigricans, la identificación de la(s) enzima(s) que se intervienen en dicha degradación y determinar la capacidad de degradación por este hongo en sistema de fermentación sólida (SFS) con la finalidad de proponer a este hongo como una nueva alternativa para procesos de biodegradación y/o biorremediación. Las condiciones de cultivo sumergido para R. nigricans se eligieron por medio de diseño factorial 4² utilizando como factores la relación C/N, temperatura, pH y agitación utilizando el medio Melin-Norkrans modificado y 12.5 ppm de PCF inicial. Las condiciones bajo las cuales se encontró la máxima degradación fueron: relación C/N= 18.9, pH 5.6, T=30°C y con una agitación de 125 rpm. Para el SFS se utilizó el medio Melin-Norkrans concentrado impregnado en bagacillo de caña, con una temperatura de 30°C, una húmedad constante del 75% y un flujo de aire de 2.6 l/h. Se probaron diferentes concentraciones de PCF (12.5, 25, 50 y 100 ppm) para medir la degradación y la tolerancia del hongo al compuesto tóxico. R. nigricans es capaz de crecer y degradar el 86% del PCF inicial (12.5 ppm) en solo 96 h en SFS y tolera altas concentraciones de PCF ya que fue capaz de crecer y degradar hasta 100 ppm en este mismo sistema. La identificación de las enzimas involucradas en la degradación del PCF por R. nigricans se hizo de forma cualitativa en placas de agar utilizando algunos reactivos que sirven como sustrato a las enzimas secretadas por el hongo dando coloraciones que indican solamente la presencia de la(s) enzima(s). Se encontró que R. nigricans produce fenoloxidasas probablemente se trate de una tirosinasa la que esté llevando acabo la reacción de degradación del PCF. R. nigricans produce una cantidad de LiP mínima comparada con la producida por P. chrysosporium.
Pentachlorophenol (PCP) has been used widely as a Wood preservative and pesticide. It is an aromatic, xenobiotic and recalcitrant compound, and it presents toxic effect for all forms of life. For these raisons PCP degradation is of great importance, biological methods have been used for this purpose. Different microorganisms had been studied as bacterial species and fungi. Fungi able to degrade PCP belong to bacidiomycetes such as Phanerochaete chrysosporium that degrade 70% of PCP in 22 days with initial concentration of 12 ppm, because its enzymatic system produced is highly unspecific. Some fungi different from bacidiomycetes have been used also to degrade PCP. These strains show shorts time of grown and may be higher degradation rate tan bacidiomycetes. In our laboratory was isolated one strain that was identified as Rhizopus nigricans. It is a wild zygomycete of rapid grown, tolerate 100 ppm of PCP in superficial culture and it i sable to degrade 65% of PCP at initial concentration of 12.5 ppm, in 5 days in submerged culture. This study was made with the purpose to use this strain as new alternative for biodegradation and/or biorremediation. Three objeties were proposed: a) cultures conditions to increased PCP degradation by R. nigricans in submerged culture were determined. b) enzymes involved in PCP degradation were identified and c) the capacity of degradation by this fungi in solid system fermentation (SSF) were studied. Culture conditions for R. nigricans was chosen by factorial design 4² factors studied were C/N rate, temperature, pH shanking. Media Melin-Norkrans and 12.5 ppm of initial PCP were used. The conditions which maxim degradation was found were: C/N rate =18.9, pH =5.6, t=30°C and shaking of 125 rpm. Extracellular enzymees involved in PCP degradation by R. nigricans was identified qualitatively. Plates of agar were used and reactives as substrate as extracelular enzymes were added. Reaction with substrate and enzyme gave a color, then coloration intensity was used to indicate the presene of enzyme(s). It was shown that R. nigricans produces phenoloxidases and probably it is one tyrosinase. Also it was determined that LiP by R. nigricans was smaller than LiP activity produced by P. chrysosporium. SSF was performed using sugarcane bagasse pith as support. It was used concentrated Melin-Norkrans media, and 75% of moisture was used. These cultures were incubated at 30°C with a rate aeration of 2.6 l/h. Different concentrations of PCP (12.5, 25, 50 y 100 ppm) were proved for measure degradation and tolerance of the strain over toxic compound. It was shown that R. nigricans is able to grown and degrade 86% of initial PCP (12.5 ppm) in 96 h in SSF and it i sable to tolerate high concentrations of PCP because, it was able to grown and degrade until 100 ppm in the same system.
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