dc.contributor.advisor | Merchán Ignacio, Francisco | es |
dc.contributor.advisor | Villaverde Capellán, Jaime | es |
dc.creator | Lara Moreno, Alba | es |
dc.date.accessioned | 2021-07-23T08:07:17Z | |
dc.date.available | 2021-07-23T08:07:17Z | |
dc.date.issued | 2021-04-27 | |
dc.identifier.citation | Lara Moreno, A. (2021). Aplicación de técnicas microbiológicas y químicas para la recuperación de suelos contaminados por plaguicidas e hidrocarburos aromáticos policíclicos. Evaluación de su viabilidad mediante estudios de biología molecular y ecotoxicidad. (Tesis Doctoral Inédita). Universidad de Sevilla, Sevilla. | |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/11441/116407 | |
dc.description.abstract | En la actualidad existe un interés creciente por los métodos de recuperación biológicos de
suelos contaminados, presentándose la biorrecuperación como una alternativa a los métodos
convencionales (landfilling, incineración o descomposición química). Se trata de una
herramienta respetuosa con el medio ambiente, de bajo coste y no invasiva, que utiliza
organismos vivos para detoxificar las sustancias de riesgo para el hombre y el medio ambiente.
Por este motivo, en este estudio para conseguir la recuperación de suelos contaminados se
han llevado a cabo ensayos de biodegradación y mineralización en medio acuoso, en
suspensiones suelo-agua y en suelo. Los contaminantes orgánicos estudiados en este trabajo
fueron: cinco herbicidas pertenecientes a la familia química de las fenilureas (diurón, linurón,
isoproturón, clortolurón y fluometurón), otro herbicida de la familia de las dinitroanilinas
(trifluralina), un insecticida organofosforado (clorpirifós), así como hidrocarburos aromáticos
policíclicos (PAHs) de bajo y alto peso molecular.
Cuando la biodegradación no se puede llevar a cabo de forma natural debido a que los
microorganismos no disponen de los nutrientes esenciales para ello en la zona contaminada, o
no presentan las herramientas metabólicas necesarias para actuar sobre un determinado
contaminante, se requiere de la intervención mediante actuaciones encaminadas a fomentar
la actividad microbiológica, siendo necesario recurrir a la biodegradación asistida a través del
empleo de dos posibles técnicas: bioestímulo (mediante la adición de nutrientes) y
bioaumento (inoculando microorganismos de origen endógeno y/o exógeno). Los macro y
micronutrientes necesarios para el desarrollo bacteriano suelen estar presentes en el suelo en
cantidades demasiado bajas, provocando una limitación para la actividad microbiana, de ahí la
necesidad de emplear una solución de nutrientes que actúe como estimulante de los
microorganismos degradadores presentes en el suelo. Los microrganismos usados como
degradadores específicos se obtienen mediante cultivos de enriquecimiento de suelos que han
estado en contacto con el contaminante durante un largo periodo de tiempo. La microbiota
del suelo se expone a una elevada concentración de contaminante, facilitando de esta forma el
crecimiento de aquellos microorganismos que presentan la capacidad de usar como fuente de
carbono y energía al contaminante orgánico en cuestión.
Los procesos de recuperación de suelos contaminados por compuestos orgánicos como
plaguicidas y PAHs están a menudo muy limitados a consecuencia de sus propiedades físicoquímicas,
baja solubilidad, elevado kow y koc, estructura aromática, grupos halogenados, etc.
Estas propiedades hacen que la fracción biodisponible del contaminante en el suelo sea muy
baja y, por lo tanto, sean sustancias recalcitrantes mostrando una elevada persistencia. Con el
fin de mejorarla, en el presente estudio se han empleado ciclodextrinas, oligosacáridos cíclicos
que, gracias a su capacidad para formar complejos de inclusión con compuestos orgánicos
hidrofóbicos, son capaces de incrementar su solubilidad en agua y en consecuencia su
biodisponibilidad.
El descenso de la concentración inicial del contaminante no implica la no formación y
acumulación de metabolitos tóxicos, lo que haría replantear la aplicación o no de una
determinada técnica de biorrecuperación. Por lo que, ensayos de ecotoxicidad han sido
realizados al inicio y al final de los tratamientos aplicados en el presente trabajo, mediante la
monitorización de la bioluminiscencia natural de la bacteria Vibrio fisheri (Microtox®), con el
fin de evaluar la eficacia y seguridad de la estrategia de descontaminación empleada y por lo
tanto su viabilidad.
Los estudios de biología molecular llevados a cabo han ayudado igualmente, a evaluar la
viabilidad de las técnicas de biorrecuperación empleadas. Gracias al empleo de distintas
técnicas de biología molecular se ha conseguido, por un lado, identificar las cepas bacterianas
aisladas y seleccionadas como degradadoras de los distintos contaminantes orgánicos
estudiados mediante la secuenciación del ARN ribosómico 16S, y por otro lado, secuenciar el
genoma de la cepa bacteriana seleccionada y describir la ruta de degradación de fenantreno
que utiliza, gracias a la identificación de los metabolitos formados y de los genes que codifican
las enzimas responsables de llevar a cabo la ruta de degradación, mediante una amplia
búsqueda bibliográfica y un análisis exhaustivo de la anotación del genoma bacteriano
empleando diversas bases de datos. Para la confirmación de la presencia de estos genes
degradadores en el genoma bacteriano, se emplearon herramientas bioinformáticas (BLAST,
Clustal Omega, etc.) que nos permitieron alinear la secuencia del gen con el genoma de la cepa
bacteriana estudiada (Stenotrophomonas maltophilia CPHE1), confirmando la posibilidad de la
presencia de dicho gen en la bacteria de estudio. Por último, una vez identificados los genes
implicados, se estudió su expresión empleando la Reacción en Cadena de la Polimerasa
Reversa (RT-PCR), confirmando así la posible ruta de degradación propuesta. | es |
dc.description.abstract | Nowadays, there is a growing interest in using biological remediation methods to recuperate
polluted soils, being bioremediation an alternative to conventional methods (landfilling,
incineration or chemical decomposition). It is an environmentally friendly, low-cost, noninvasive
tool that uses living organisms to detoxify substances which pose a risk for humans
and the environment. For this reason, in this study biodegradation and mineralization assays in
aqueous medium, soil-water suspensions and soil have been carried out to achieve the
bioremediation of contaminated soils. The organic contaminants studied in this work were:
five herbicides belonging to the chemical family of phenylureas (diuron, linuron, isoproturon,
chlorotoluron and fluometuron), one herbicide belonging to the dinitroaniline family
(trifluralin), an organophosphate insecticide (chlorpyrifos) and low- and high molecular weight
polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs).
When biodegradation of a pollutant cannot occur naturally because microorganisms do not
have the essential nutrients for it in the contaminated area, or do not have the necessary
metabolic tools to act on a particular pollutant, intervention is required through actions
designed to promote microbiological activity, assisting the biodegradation process through the
use of two different techniques: biostimulation (by adding nutrients) and bioaugmentation
(inoculating endogenous and/or exogenous microorganisms). The macro and micronutrients
needed for bacterial development are usually present in soil in very small amounts, causing a
limitation for microbial activity, and therefore, it is essential the use of a nutrient solution that
acts as stimulant for the degrading microorganisms present in soil. Microorganisms used as
specific degraders are isolated through enrichment cultures using soils that have been in
contact with the pollutant for a long period of time. Soil microbiota is exposed to a high
concentration of contaminants, thus facilitating the growth of those microorganisms that
present the ability to use the organic pollutant in question as source of carbon and energy.
Recuperation processes of soils contaminated by organic compounds such as pesticides and
PAHs are often very limited due to their physical-chemical properties, low solubility, high kow
and koc, aromatic structure, halogenated groups, etc. These properties together make the
bioavailable fraction of the contaminant in the soil very low, leading to the production of
recalcitrant substances which show high persistence. In order to improve it, cyclodextrins have
been used in this study since they are cyclic oligosaccharides with the ability to form inclusion
complexes with hydrophobic organic compounds, being able to increase their solubility in
water and consequently their bioavailability.
The decreasing of the initial contaminant concentration does not involve the no formation or
accumulation of toxic metabolites, what would make to reconsider the application or not of a
particular bioremediation technique. Ecotoxicity tests have been carried out at the beginning
and at the end of the treatments applied in this work, by monitoring the natural
bioluminescence of the bacterium Vibrio fisheri (Microtox®), in order to evaluate the efficacy
and safety of the decontamination strategy used and hence, its viability.
Molecular biological studies have also helped to assess the feasibility of the bioremediation
techniques employed. As a result of using different molecular biological techniques, it has
been possible, on the one hand, to identify the bacterial strains isolated and selected as
specific degraders for the studied pollutants by sequencing the ribosome RNA 16S, and on the
other hand, to sequence the genome of the selected bacterial strain and describe the
phenantrene degradation pathway used, thanks to the identification of the metabolites
formed and the genes that encode the enzymes responsible for the degradation route,
through an extensive bibliographic search and the analysis of bacterial genome annotation
using various databases. For confirmation of the presence of these degrading genes in the
bacterial genome, bioinformatics tools (BLAST, Clustal Omega, etc.) were employed to allow us
to align the gene sequence with the studied genome (Stenotrophomonas maltophilia CPHE1),
validating the possibility of the presence of such gene in the bacteria studied.
Finally, once the genes involved were identified, their expression was studied using the
Reverse Polymerase Chain Reaction (RT-PCR), thus confirming the possible proposed
biodegradation pathway. | es |
dc.format | application/pdf | es |
dc.format.extent | 310 p. | es |
dc.language.iso | spa | es |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.title | Aplicación de técnicas microbiológicas y químicas para la recuperación de suelos contaminados por plaguicidas e hidrocarburos aromáticos policíclicos. Evaluación de su viabilidad mediante estudios de biología molecular y ecotoxicidad | es |
dc.type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis | es |
dcterms.identifier | https://ror.org/03yxnpp24 | |
dc.type.version | info:eu-repo/semantics/publishedVersion | es |
dc.rights.accessRights | info:eu-repo/semantics/openAccess | es |
dc.contributor.affiliation | Universidad de Sevilla. Departamento de Microbiología y Parasitología | es |
dc.date.embargoEndDate | 2024-04-27 | |
dc.publication.endPage | 264 | es |
dc.description.awardwinning | Premio Extraordinario de Doctorado US | |