Comunidades microbianas en la superficie de monumentos de cantera rosa y su papel en el deterioro pétreo Público Deposited

The presence of biofilms on the surface of constructions exposed to the environment is an indicator of monuments biodeterioration. Biofilms cause aesthetic damage due to changes in color and the formation of patina. Biofilms are made up of complex microbial communities that usually include heterotrophic and autotrophic microorganisms forming synergistic associations that can lead to chemical, mechanical and aesthetic damage. The aim of this thesis was to characterize the diversity of microbial communities in biofilms formed on the Cathedral of Morelia, Michoacán which is built in pink quarry (ignimbrite), using molecular (genomic sequences) and microbiological (cultures) techniques. The results show that the microbial diversity mainly comprised bacteria (Bacillus, Arthrobacter, Microbacterium, Janibacter melonis, and Pseudomonas), hyphae-producing fungi (Clavicipitaceae, Ascomycetes, Fusarium and Penicillium), yeasts (Cryotococcus vishniacii), as well as green algae (Asteracys quadricellulare). Metabolic capabilities of the isolates were determined using microbiological laboratory techniques to determine calcium precipitation capacity, extracellular polymeric substances (EPS) and acidic substances production. The obtained results allowed proposing possible mechanisms for ignimbrites biodeterioration, including the biosolubilization and sequestration of ions to be used for microbial metabolism, due to the production of acidic substances; as well as by facilitating microbial attachment and the retention of metabolic products due to the presence of EPS. Molecular techniques showed that biofilm communities are conserved between the different sampled sites. Microscopy and materials analysis allowed us to observe the interface between the biofilms and ignimbrites to evaluate the damage caused by the presence of microorganisms. Calcite, a mineral phase typical of biodeterioration, was detected in several of the sampled biofilms, suggesting that there exist metabolic capabilities involved with the precipitation of Ca+2 ions to produce such crystalline structures. The main damage generated to the mineralogical composition of ignimbrites exposed to the environment and to the presence of biofilm, in addition to the presence of calcite, was the transformation of quartz (SiO2) from hexagonal to tetragonal and orthorhombic forms. Evaluation of the intrinsic properties of the ignimbrites showed that ignimbrites are biorreceptive, moderately porous and slightly acidic stones. Additionally, the presence of calcium ions favored the colonization of ignimbrites by bacteria.

La presencia de biopelículas en la superficie de construcciones expuestas al medio ambiente es un indicador de biodeterioro en monumentos. Las biopelículas causan daño estético por cambios de color y formación de pátinas. Las biopelículas se conforman de comunidades microbianas complejas que usualmente incluyen microorganismos heterótrofos y autótrofos capaces de llevar a cabo asociaciones sinérgicas que pueden provocar daño químico, mecánico y estético. El objetivo de ésta tesis fue caracterizar la diversidad de las comunidades microbianas detectadas en biopelículas de la Catedral de Morelia, Michoacán, construida a base de cantera rosa (ignimbrita), principalmente mediante estudios moleculares (secuencias genómicas) y microbiológicos (cultivos). Los resultados muestran que la diversidad microbiana en las biopelículas está compuesta principalmente por bacterias (Bacillus, Microbacterium, Arthrobacter, Janibacter melonis, y Pseudomonas), hongos productores de hifas (Ascomycetes, Clavicipitaceae, Fusarium y Penicillium), levaduras (Cryotococcus vishniacii), y también algas verdes (Asteracys quadricellulare). Mediante técnicas microbiológicas aplicadas en el laboratorio, se determinaron capacidades metabólicas en los aislados, como son la precipitación de calcio, la producción de sustancias poliméricas extracelulares (EPS) y la producción de sustancias ácidas. Los resultados obtenidos permitieron proponer posibles mecanismos de biodeterioro en ignimbritas, incluyendo la biosolubilización y el secuestro de iones para ser usados en el metabolismo microbiano, debido a la producción de sustancias ácidas; así como el favorecimiento del anclaje microbiano y la retención de productos metabólicos debido a la presencia de EPS. Las técnicas moleculares mostraron que la composición de las comunidades en las biopelículas se conserva entre los diferentes sitios muestreados. Los análisis de microscopía y materiales permitieron observar la interfase entre la biopelícula y la ignimbrita, para evaluar el daño provocado por la presencia de microorganismos. Una fase mineral típica de biodeterioro como la calcita, fue detectada en varias de las biopelículas, sugiriendo que existen capacidades metabólicas involucradas directamente con la precipitación de iones de Ca+2 permitiendo la producción de tal estructura cristalina. Observamos que el principal daño generado a la composición mineralógica de la ignimbrita expuesta al medio ambiente y a biopelículas, además de la presencia de calcita, fue la transformación de cuarzo (SiO2) hexagonal a cuarzo tetragonal y ortorrómbico. La evaluación de propiedades intrínsecas de la ignimbrita permitió comprobar que la ignimbrita es una roca biorreceptiva, ligeramente ácida y de mediana porosidad y demostramos que la presencia de iones de calcio favorece la colonización de la ignimbrita por bacterias.

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