ISSN: 2594-0627
CONTENIDO
BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA rector, José Alfonso Esparza Ortíz secretario general, José Jaime Vázquez López vicerrector de investigación y estudios de posgrado, Ygnacio Martínez Laguna dirección de innovación y transferencia del conocimiento, David Pinto Avendaño innovación y emprendimiento, Martín Pérez Santos ALIANZAS Y TENDENCIAS BUAP. Año 4, Nº 13, EneroMarzo de 2019, es una publicación trimestral editada por la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, con domicilio en 4 sur 104, Col. Centro, C.P. 72000, Puebla Pue., Tel. +52 222 2295500, ext. 2234. director, Martín Pérez Santos consejo editorial, Maricruz Anaya Ruiz (CIBIOR-IMSS, México), Patricia Bernal Guzmán (Imperial College London, Inglaterra), Karla Cedano Villavicencio (IERUNAM, México), Abdelali Daddaoua (CSIC, España), Antonio del Río Portilla (IER, UNAM, México) Manuel González Pérez (UPAEP, México), Miguel Matilla Vázquez (CSIC, España), Yolanda ElizabetH Morales García (Facultad de Ciencias Biológicas, BUAP, México), Jesús Muñoz Rojas (ICUAP, BUAP, México), Patricia Talamás Rohana (CINVESTAV-IPN. México), Verónica Vallejo Ruiz (CIBIOR-IMSS, México), Miguel Angel Villalobos López (CIBA, IPN, México) Reserva de Derechos al uso exclusivo 04-2016061316422200-203, ISSN: 2594-0627, ambos otorgados por el Instituto Nacional de Derecho de Autor de la Secretaría de Cultura. Responsable de la última actualización de este número la Dirección de Innovación y Transferencia de Conocimiento de la BUAP, Dr. Martín Pérez Santos, domicilio en Prolongación de la 24 Sur y Av. San Claudio, Ciudad Universitaria, Col. San Manuel, Puebla, Pue., México, C.P. 72570, fecha de la última modificación, 31 de marzo de 2019. Email: alianzasytendencias@correo.buap.mx Las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicación. Revista registrada en Latindex (www.latindex.unam.mx). diseño, Jesús Leal Rojas web master, Eduardo Hernández Ronquillo
Editorial
1 Pseudomonas stutzeri MLA9, una cepa marina con alto potencial para degradar pireno Hortencia Silva-Jiménez
18 Biorremediación del bisfenol A (BPA) y su potencial para el mejoramiento de la calidad de cuerpos de agua afectados por este contaminante industrial Vianey Marín-Cevada
32 Aplicaciones potenciales de
Gluconacetobacter diazotrophicus para incrementar los rendimientos agrícolas Yolanda Elizabeth Morales-García
Editorial La aplicación de los microorganismos en la industria biotecnológica, la medicina, los alimentos y otras áreas es importante y el conocimiento generado en este campo es fundamental para entender cómo se pueden potenciar los modelos y extraer el máximo de beneficios posible. En este número de Alianzas & Tendencias se presenta un artículo original que describe una bacteria llamada Pseudomonas stutzeri con elevado potencial para degradar pireno; un hidrocarburo aromático policíclico con potencial cancerígeno, por lo que los resultados de este estudios son importantes como propuesta futura para disminuir este contaminante y disminuir los riegos a la población humana. En este número también se presenta un artículo de revisión que compila datos de como el bisfenol se encuentra contaminando cuerpos de agua y como se podría iniciar su birremediación. El bisfenol es un compuesto derivado de la industria y si queremos rescatar los cuerpos de agua será imperativo iniciar con los subproductos que se están arrojando al ambiente derivado de los procesos industriales y domésticos. La aplicación de microorganismos benéficos en la agricultura es un tema que cada vez es más familiar entre los agricultores y en este número de Alianzas & Tendencias mostramos a Gluconacetobacter diazotrophicus como una bacteria con alto potencial para ser aplicado a los cultivos y explotar sus beneficios de promoción de crecimiento. De esta forma, las bacterias desempeñarán funciones importantes para distintas ramas de aplicación, el uso de estas bacterias es compatible con el medio ambiente y serán clave para disminuir los contaminantes en suelos, agua y el ambiente, así como también para potenciar el desarrollo de cultivos sanos y evitando el uso de compuestos químicos que han contaminado el ambiente.
Jesús Muñoz-Rojas
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13
Pseudomonas stutzeri MLA9, una cepa marina con alto potencial para degradar pireno Araujo-Palomares, Cynthia Lizzeth1, Ramos1 Mendoza, Ileana Sarahí , Silva-Jiménez, 1 Hortencia * 1
Instituto de Investigaciones Oceanológicas, Universidad Autónoma de Baja California, Carretera Tijuana-Ensenada, No. 3917, Fraccionamiento Playitas, 22860, Ensenada, Baja California, México. Teléfono: +52 646-1745462, Ext. 64717; e-mail: silvah@uabc.edu.mx
RESUMEN Una alternativa para remover los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) del ambiente es usando bacterias hidrocarbonoclastas. El objetivo de este trabajo fue comenzar con la caracterización de la cepa bacteriana marina Pseudomonas stutzeri MLA9 con potencial para degradar el pireno. La cepa bacteriana previamente fue identificada por el sistema MALDI-Biotyper y confirmado en este estudio por la secuenciación del gen ribosomal 16S
Araujo-Palomares, Cynthia Lizzeth, RamosMendoza, Ileana Sarahí, Silva-Jiménez, Hortencia, Pseudomonas stutzeri MLA9, una cepa marina con alto potencial para degradar pireno
como Pseudomonas stutzeri.
La cepa bacteriana
puede crecer en medio mínimo suplementado con pireno, fenantreno o naftaleno como su única fuente de carbono y energía, siendo el pireno su
Recibido: 20 febrero 2019. Aceptado: 10 marzo 2019.
mejor sustrato. Análisis moleculares han permitido la
detección
dioxigenasas
de de
genes
que
hidroxilación
codifican y
de
para
escisión,
enzimas que participan en la ruta de degradación de HAP. Además, P. stutzeri MLA9 es una cepa productora de biosurfactantes y formadora de biopelículas, mecanismos que pueden facilitar el proceso de degradación. Lo anterior apunta a P.
stutzeri MLA9 como una excelente candidata para continuar los estudios de degradación de HAP y su posible aplicación en procesos de biorremediación.
Artículo original
Alianzas y Tendencias-BUAP. 2019, 4 (13): 1- 17.
1
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 ABSTRACT An
que pueden presentar. Estructuralmente, los HAP
alternative
to
aromatic
constan de dos o más anillos aromáticos fusionados
hydrocarbons (PAH) of the environment is using
y pueden ser introducidos al ambiente, ya sea por
hydrocarbonoclastic bacteria. The aim of this work
fuentes
was to begin with the characterization of the
antropogénicas.
marine bacterial strain MLA9 with potential to
considerados contaminantes persistentes debido a
degrade
previously
la baja solubilidad que presentan en medios
identifying used MALDI-Biotyper and, in this study,
acuosos y a su alta estabilidad, que los hace estar
its identity was confirmed by 16S ribosomal gene
asociados a material particulado y sedimentario
sequencing as Pseudomonas stutzeri. The bacterial
[1,2]. Además, la persistencia de los HAP en el
strain can grow in minimal medium supplemented
ambiente
with pyrene, phenanthrene or naphthalene as sole
contaminantes como metales pesados e inclusive,
carbon and energy source, being pyrene the best
con la presencia de otros tipos de hidrocarburos
substrate.
[3].
pyrene.
remove
The
Molecular
polycyclic
isolate
was
analysis
has
allowed
hydroxylating and excision dioxygenases genes detection,
enzymes
that
participating
in
PAH
degrading pathway. Moreover, P. stutzeri MLA9 is a
biosurfactant
producer
and
biofilm
former,
mechanisms could facilitate the degrade process. To above described, P. stutzeri MLA9 appears to be
naturales
aumenta
y/o
por
Estos
al
actividades
compuestos
asociarse
son
con
otros
A pesar de la recalcitrancia de los HAP, son compuestos degradación anaerobias,
que bajo por
pueden
estar
condiciones diferentes
sujetos
a
aerobias
o
microorganismos
denominados hidrocarbonoclastos [4,5].
an excellent candidate to continue PAH degradation
En ese sentido, las bacterias hidrocarbonoclastas
studies
son candidatos potenciales para ser utilizados como
and
its
potential
application
on
bioremediation processes.
herramientas en los procesos de biorremediación en sitios con presencia de estos contaminantes, ya
Keywords:
Hydrocarbonoclastic
bacteria,
Pseudomonas stutzeri, PAH, pyrene
que cuentan con un metabolismo especializado y con mecanismos para potencializar la degradación de HAP. El contenido enzimático especializado, como
Los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) son un
grupo
de
compuestos
orgánicos
que
se
consideran peligrosos debido a su alta toxicidad y por las propiedades carcinogénicas y mutagénicas
las
dioxigenasas,
son
esenciales
para
degradar HAP. En ese contexto, diversos genes de dioxigenasas, tanto de hidroxilación como de escisión, han sido reportados y, en algunos de ellos, se ha demostrado su participación en la degradación de pireno [6,7]. No obstante, aunque
2
Artículo original
INTRODUCCIÓN
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 los microorganismos presenten enzimas hidrolíticas,
la probabilidad de una mineralización parcial o
existen otros mecanismos que pueden apoyar en el
completa de estos compuestos tóxicos. En ese
proceso de degradación, tales como la producción
sentido,
de sustancias tensoactivas (biosurfactantes), que
bacterianos con la habilidad de utilizar los HAP
permiten romper la tensión superficial y hacer más
como única fuente de carbono y energía requiere
biodisponible el HAP, y la formación de biopelículas,
de realizar un estudio generalizado que nos brinde
eventos biológicos que permiten el anclamiento de
información para determinar si el microorganismo
las células bacterianas al sustrato [8,9].
cataboliza HAP. Por lo anterior, en este trabajo se
identificada en diversos géneros pertenecientes, principalmente, a los filos Firmicutes, Actinobacteria
y
Proteobacteria,
tales
Acinetobacter,
como
Rhodococcus,
Achrobactrum,
Arthrobacter,
Bacillus, Kocuria,
Micrococcus,
Nocardia, Ochrobactrum, Pantoea por mencionar algunos [1,10,11]. Sin embargo, dentro del filo Proteobacteria,
destacan
las
Gamma-
proteobacterias del género de Pseudomonas, las cuales se caracteriza por ser microorganismos ubicuos y poseer una gran versatilidad metabólica, traduciéndose
en
una
amplia
adaptabilidad
fisiológica y genética a diferentes condiciones ambientales [12,13].
inició
con
selección
la
de
microorganismos
caracterización
de
la
cepa
hidrocarbonoclasta P. stutzeri MLA9, una cepa aislada de la costa de Rosarito Baja California, para determinar el potencial para degradar compuestos aromáticos policíclicos y su posible aplicación en procesos de biorremediación. MATERIALES Y MÉTODOS Cepa bacteriana y medios de cultivo. La cepa Pseudomonas stutzeri MAL9 utilizada como modelo de estudio fue aislada de una muestra de agua superficial de la zona costera del Puerto de Rosarito en Baja California, México [11]. Para los ensayos de crecimiento, rango de utilización de HAP,
formación
de
biopelículas
y
ensayos
cualitativos de biosurfactantes, los pre-cultivos y
Entre las especies de Pseudomonas con rutas
cultivos de la cepa MLA9 se llevaron a cabo en
catabólicas para HAP se encuentra P. stutzeri y
medio Bushnell-Haas (BH), el cual contiene (por
varias cepas de esta especie han sido reportadas
litro): 0.20 g de MgSO4, 0.02 g de CaCl2, 1 g de
con capacidad para metabolizar compuestos como
KH2PO4, 1 g de K2HPO4, 1 g de NH4NO3 1 g y
fluoreno, fenantreno y pireno, entre otros HAP, al
0.05 g de FeCl3. Para medio sólido, se adicionó
igual que otros compuestos aromáticos [2,14–16].
1.5% de Bacto Agar a la solución. Para la extracción de material genético, la cepa fue crecida
Así pues, el uso de microorganismos nativos
en medio Luria Bertani (LB) cuya composición es
expuestos a contaminantes como los HAP, aumenta
3
Artículo original
La habilidad de degradar HAP por bacterias ha sido
la
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 (por litro): 10 g de triptona, 10 g de NaCl y 5 g de
mezcla de reacción consistió en 1X de buffer de
extracto de levadura, pH 7.0.
reacción para PCR (10X), 2.0 mM de MgSO4 (50
Evaluación del crecimiento de la cepa MLA9 en
mM), 0.2 mM de cada dNTP (10 mM), 0.2
presencia de HAP.
cada oligonucleótido (10
El crecimiento y rango de utilización de HAP de la
templado y 1 U/reacción de Taq polimerasa
cepa Pseudomonas stutzeri MLA9 se evaluó en
(Platinum® Taq DNA Polymerase High Fidelity,
medio líquido utilizando el medio BH suplementado
Invitrogen). Las condiciones de PCR utilizadas
con
una
fueron: 1 ciclo a 94°C por 5 min, 94°C por 1 min,
concentración final de 100 mg/L. Los HAP fueron
55°C por 1 min, 68°C por 1 min, durante 35 ciclos;
disueltos en acetona y, a partir de soluciones stock
1 último ciclo a 68°C por 7 min y finalmente
concentradas, fueron adicionados al medio de
almacenado a 12°C [17]. El fragmento amplificado
cultivo, dejándose en agitación por 48 H para
se
volatilizar la acetona. Posteriormente, los matraces
Purification (QIAGEN) siguiendo las instrucciones
suplementados con los HAP fueron inoculados con
del proveedor. El producto amplificado y purificado
una alícuota de un pre-inóculo de P. stutzeri MLA9
fue enviado al laboratorio especializado Eton
crecido en medio BH suplementado con pireno (100
Bioscience
mg/L), incubado durante 7 días, en agitación
secuenciación. La secuencia fue analizada usando
constante (160 rpm) y a una temperatura de 25 ±
el programa BLAST [18] en la base de datos del
2 °C, a una densidad óptica final medida a 600 nm
NCBI
de 0.01-0.05. Los cultivos fueron crecidos utilizando
Information) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov).
las mismas condiciones para el pre-inóculo y el
árbol filogenético fue construido utilizando el
crecimiento celular fue monitoreado a 600 nm
programa MEGA 7 [19].
espectrofotométricamente durante 10 días.
Detección de los genes que codifican para las
Extracción de ADN genómico.
dioxigenasas.
La extracción del ADN se llevó a cabo mediante el
Para la amplificación del gen de la dioxigenasa del
uso
del
kit
Purification
fenantreno
comercial Kit
o
naftaleno
Wizard
(PROMEGA),
a
purificó
utilizando
(San
(National
M), 500 ng de ADN
el
Diego,
Center
kit
CA,
QIAquick
USA)
for
para
PCR
su
Biotechnology El
Genomic
DNA
tipo hidroxilante específica para HAP en bacterias
siguiendo
las
Gram negativas (RHD-PAH-GN) se utilizaron los
indicaciones del proveedor.
oligonucleótidos
Identificación molecular de la cepa MLA9.
GAGATGCATACCACGTKGGTTGGA-3’
La amplificación de un fragmento del gen ribosomal
AGCTGTTGTTCGGGAAGAYWGTGCMGTT-3’ [6]. Los
16S se realizó utilizando el par de oligonucleótidos
pares
universales 27-F 5’-AGAGTTTGATCCTGGCTCGA-3’ y
amplificación de los genes que codifican para las
1492-R
dioxigenasas
5’-ACGGCTACCTTGTTACGACTT-3’.
La
de
GNF
oligonucleótidos de
escisión
5’y
GNR
utilizados fueron
para
C12OF
4
5’la 5’-
Artículo original
pireno,
M de
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 CGCCTTCAAAGTTGATCTGCGTGGT-3’ y C12OR 5’-
incubaron durante 5 días a una temperatura de
GCCAACGTCGACGTCTGGCA-3’ para la 1,2-catecol
25±2°C.
dioxigenasa
5’-
alrededor de las colonias indica producción de
5’-
biosurfactantes aniónicos, como los ramnolípidos
y
GAATCGTTCGTTGAGCACAC-3’
C23OF y
C23OR
CGTGTACTGGACATGAGCAA-3’ para la 2,3-catecol
[21].
dioxigenasa (C23O) [20]. Las mezclas de reacción
Detección del fragmento del operón rhlab que
consistieron en 1X de buffer de reacción para PCR
codifica para las subunidades de la ramnosil-
(10X), 1.5 mM de MgSO4 (50 mM), 0.2 mM de
transferasa.
cada
cada
Un fragmento del operón que codifica para la
M), 500 ng de ADN templado
subunidad A y B de la ramnosil-transferasa I (rhlab)
y 1 U/reacción de Taq polimerasa (Taq DNA
fue amplificado utilizando el par de oligonucleótidos
Polymerase
ya reportados y cuyas secuencias son RhlABf 5’-
dNTP
(2.5
oligonucleótido (10
mM),
0.2
Recombinant,
M
de
Invitrogen).
Las
condiciones de PCR utilizadas para la amplificación
CAGGCCCGATGAAGGGAAATA-3’
y
RhlABr
del gen de la RHD fueron: 1 ciclo a 95°C por 5 min,
AGGACGACGAGGTGGAAATC-3’. Las condiciones de
95°C por 30 seg, 55°C por 30 seg, 72°C por 1 min,
PCR utilizadas para la amplificación fueron: 1 ciclo
durante 35 ciclos; 1 último ciclo a 72°C por 7 min y
a 95°C por 2 min, 95°C por 30 s, 53°C por 30 s,
finalmente almacenado a 12°C [6]. Mientras que
72°C por 1 min, durante 35 ciclos; 1 último ciclo a
para la amplificación de los genes de C12O y C23O,
72°C por 7 min y finalmente almacenado a 12°C
las condiciones de la PCR fueron: 1 ciclo a 95°C por
[8].
2 min, 94°C por 15 s, 55°C por 30 s, 72°C por 1
Producción de biopelículas.
min, durante 35 ciclos; 1 último ciclo a 72°C por 7
La producción de biopelículas se llevó a cabo
min y finalmente almacenado a 12°C.
siguiendo el protocolo reportado en [22] con
Detección de biosurfactantes aniónicos por el
algunas modificaciones. A partir de un pre-inóculo
método del agar azul en placa.
de siete días, crecido en medio BH suplementado
En el centro de placas de Petri preparadas con agar
con 100 mg/L de pireno se inocularon tubos de
BH, suplementando con 0.2 g/L de bromuro de
borosilicato con el mismo medio e incubado bajo
cetil-metil-amonio (CTAB) y 0.005 g/L de azul de
las mismas condiciones que el pre-inóculo. Una vez
metileno y previamente esparcidas en la superficie
terminado su tiempo de incubación, el medio de
con una solución de 100 mg/L de pireno, disuelto
cultivo de cada tubo fue desechado y se añadió
en acetona, se colocaron 15
L de medio de
cristal violeta al 0.4%, dejándose actuar durante 15
cultivo libre de células. Como control positivo se
minutos. Pasado el tiempo, se retiró el colorante y
utilizó dodecilsulfato sódico (SDS, al 10 %), que es
realizaron lavados con agua destilada. Los tubos se
un compuesto tensoactivo aniónico. Las placas se
5
5’-
Artículo original
(C12O)
La presencia de un halo azul oscuro
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 secaron a temperatura ambiente hasta que no quedó rastro de agua. RESULTADOS Identificación molecular mediante la secuenciación del gen ribosomal 16S. La cepa MLA9 fue aislada de muestras de agua superficial de la costa de Rosarito en Baja California y fue identificada como Pseudomonas stutzeri utilizando el sistema MALDI-Biotyper
[11]. Dado
que el sistema antes mencionado, basado en el análisis de proteínas ribosomales, es una técnica emergente
para
la
identificación
de
microorganismos ambientales [23,24], se decidió
Figura 1. Análisis molecular filogenético por el método de Máxima Probabilidad. La historia evolutiva se dedujo por el método de Máxima Probabilidad basado en el modelo de Hasegawa-Kishino-Yano [25]. El análisis evolutivo se llevó a cabo con el programa MEGA7 [19].
corroborar la identidad de P. stutzeri MLA9 por la amplificación y secuenciación del gen ribosomal 16S, la técnica estándar para la identificación
Evaluación del crecimiento de la cepa MLA9 en
molecular procariota.
presencia de HAP.
nucleotídica obtenida revela que la cepa MLA9
Dado el metabolismo tan versátil que poseen las
presenta un 99% de identidad con Pseudomonas
bacterias del género de Pseudomonas, muchos de
stutzeri, corroborando la identificación basada en el
sus miembros son hidrocarbonoclastos hacia HAP y
análisis de proteínas ribosomales a través del
pueden utilizar una gran variedad de compuestos
sistema MALDI-Biotyper.
Además, el análisis
tóxicos como su fuente de carbono y energía [26–
filogenético fortalece el resultado obtenido, ya que
28]. Para verificar el rango de HAP que puede
muestra la cercanía evolutiva de MLA9 con otras
utilizar MLA9, la cepa bacteriana fue sometida a
cepas de P. stutzeri (Fig. 1).
ensayos de crecimiento en medio mínimo BH en presencia de naftaleno, fenantreno o pireno, HAP representativos de bajo y alto peso molecular, a una
concentración
final
de
100
mg/L.
El
seguimiento del crecimiento de MLA9 durante 10 días reveló que es capaz de crecer en los HAP probados, siendo el pireno el sustrato preferencial, seguido por el fenantreno (Fig. 2). Mientras que el
6
Artículo original
El análisis de la secuencia
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 naftaleno, el HAP de menor peso molecular,
electroforético de 306 pb, correspondiendo al peso
formado con dos anillos bencénicos fusionados, no
molecular esperado para este fragmento génico
estimula el crecimiento de P. stutzeri MLA9,
(Fig 3-a, carril 1), indicando que MLA9 posee el gen
inclusive, la fase de muerte aparece 48 H antes que
que codifica para la enzima que actúa en el primer
cuando el microorganismo es crecido en HAP de
paso de la ruta de degradación de HAP. Además,
tres o cuatro anillos (Fig. 2).
MLA9 parece ser una cepa con un catabolismo muy versátil, ya que los genes que codifican para las catecol 1,2- y catecol 2, 3-dioxigenasas están presentes en esta cepa (Fig. 3-b, carriles 1 y 2, respectivamente), sugiriendo que puede escindir el anillo en orto y/o meta, respectivamente.
Figura 2. Utilización de diversos HAP por P. stutzeri MLA9. La cepa MLA9 fue crecida en medio Bushnell Haas suplementando con diferentes HAP como su única fuente de carbono y energía a una concentración final Pireno,
Fenantreno y
Naftaleno.
El crecimiento fue seguido por medir el incremento de la DO600nm por 10 días.
Figura 3. Detección molecular de dioxigenasas en P. stutzeri MLA9. La presencia de dioxigenasas implicadas en el proceso de degradación de HAP fue detectado por
Detección de genes implicados en procesos de degradación de HAP.
la amplificación de los genes que codifican para la dioxigenasa que hidroxila el anillo de HAP para Gram
El potencial que puede presentar la cepa P. stutzeri
negativas RHD-PAH-GN, la catecol 1,2-dioxigeansa
MLA9 para degradar compuestos orgánicos como
(C12O) y catecol 2, 3-dioxigenasa (C23O). a) Producto
los HAP se evaluó amplificando un fragmento del
de amplificación de 306 pb correspondiente al peso del
gen que codifica para la dioxigenasa que hidroxila
gen de RHD-PAH-GN; b) Carril 1: Producto de
el anillo de HAP específica para bacterias Gram (-) (RHD-PAH-GN) y que participa en el paso inicial para la degradación aerobia de HAP. El producto de amplificación
obtenido
tiene
un
corrimiento
amplificación de 350 pb correspondiente al peso del gen de la C12O; carril 2: Producto de amplificación de 867 pb correspondiente al peso del gen de la C23O. Para ambos geles, E corresponde a la escalera de estándar de ADN de una 1kb (PROMEGA)
7
Artículo original
de 100 mg/L:
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 Producción de biosurfactantes y formación de
aeruginosa, la especie de referencia para la
biopelículas por P. stutzeri.
producción de ramnolípidos y utilizada como control
Muchas especies del género de Pseudomonas son
positivo en este trabajo (Fig. 5, carril 1). Para
productoras
tipo
corroborar que realmente el fragmento de 1000 pb
ramnolípidos y P. stutzeri MLA9 no es la excepción,
de MLA9 corresponde a rhlab, será necesario enviar
a juzgar por el ensayo cualitativo del método del
a secuenciar y comparar en las bases de datos.
de
biosurfactantes
del
agar azul, donde se observa la formación de un halo de color azul intenso (Fig. 4-a), debido a la reacción del tensoactivo aniónico con el CTAB y azul de metileno (Fig. 4-a y 4-c). La producción de ramnolípidos por MLA9 puede ser una herramienta
Además, P. stutzeri MLA9, al igual que otras Pseudomonas degradadoras de HAP y de otros hidrocarburos aromáticos, presenta la capacidad de formar biopelículas cuando es crecida en medio mínimo suplementado con el pireno (Fig. 6).
potente para el fácil acceso y la utilización de HAP como su fuente de carbono y energía.
Figura 4. Ensayo cualitativo para la producción de ramnolípidos por la cepa MLA9 de P. stutzeri. La producción de biosurfactantes del tipo ramnolípidos por la cepa MLA9 fue detectado por el ensayo de Agar azul en placa. Las placas de agar azul suplementadas con pireno fueron inoculadas con gotas de a)Cultivo de MLA9, b)Medio Bushnell Haas (Control negativo) y c)Dodecil sulfato de sodio al 10% (Control positivo) se incubaron 5 días a 25°C ± 2°C.
Figura 5. Detección del fragmento del operón rhlab en P. stutzeri MLA9. E: Marcador de peso molecular estándar
Para apoyar lo anterior, se procedió a detectar
de ADN de una 1kb (PROMEGA). Producto de
molecularmente un fragmento del operón de la
amplificación de rhlab: Carril 1: P. aeruginosa y carril 2:
ramnosil-transferasa I, la cual está implicada en la
P. stutzeri MLA9.
Artículo original
biosíntesis de ramnolípidos (Fig. 5). Un producto de amplificación obtenido para MLA9 fue de 1000 pb (Fig. 5, carril 2), 230 pb mayor que el producto esperado, el cual corresponde a rhlab de P.
8
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 compuestos
con
estructuras
químicas
más
complejas. Por ejemplo, el grupo de Obayori [33] reportan que tres cepas de Pseudomonas aisladas de suelos contaminados con petróleo denominadas LP1,
LP5
y
LP6,
sometidas
a
ensayos
de
crecimiento con diversos compuestos orgánicos Figura 6. Formación de biopelículas en tubo de
tóxicos, las cepas utilizaron preferencialmente al
borosilicato. MLA9 presenta formación de biopelículas
pireno, presentando un crecimiento abundante y
cuando es crecida en medio Bushnell Haas (BH)
mucho menor, e inclusive, un crecimiento nulo,
de incubación. El tubo Control contiene medio BH con el hidrocarburo, mientras que el segundo tubo fue inoculado con la cepa P. stutzeri MLA9. Ambos tubos, junto con su contenido, estuvieron sometidos bajo las mismas condiciones de crecimiento y tratamiento para la detección de biopelículas (Ver materiales y métodos).
El género de Pseudomonas es un grupo de microorganismos
con
una
gran
versatilidad
metabólica, que puede catabolizar compuestos orgánicos
tan
variados
como
los
hidrocarburos aromáticos policíclicos [26–29]. Varias
cepas
del
género
de
Pseudomonas,
incluyendo de P. stutzeri, son hidrocarbonoclastas para una gama de contaminantes orgánicos como el pireno y otros HAP [28,30,31]. De manera general,
se
ha
observado
en
muchos
microorganismos procariotas, que los compuestos de menor peso molecular y con estructuras químicas
más
recalcitrantes. En ese sentido, la cepa MLA9 de P. stutzeri
sencillas,
suelen
promover
el
crecimiento bacteriano por su fácil degradación [32]. Aunque también se han reportado cepas bacterianas que utilizan como sustrato preferencial
presenta
el
comportamiento
antes
mencionado, observándose que tiene un mejor crecimiento
cuando
el
medio
mínimo
está
suplementado con pireno, un HAP formado de cuatro
DISCUSIÓN
tóxicos
cuando los sustratos tienen estructuras menos
anillos
bencénicos
fusionados,
y
muy
pobremente en fenantreno y naftaleno (Fig. 2). Este hecho hace a MLA9 una prometedora cepa degradadora de HAP de alto peso molecular, moléculas recalcitrantes y con alta persistencia en el ambiente. Los microorganismos hidrocarbonoclastos poseen una amplia gama de enzimas que le permiten utilizar compuestos orgánicos tóxicos como su única fuente de carbono y energía. Para que las bacterias puedan catabolizar los HAP, al igual que otros compuestos aromáticos, requieren romper la aromaticidad
de
la
estructura
química
que
conforma al compuesto tóxico y para ello, la intervención de enzimas dioxigenasas es vital [32,34,35].
Las
dioxigenasas
RHD
(Ring
Hydroxylating Dioxygenase) participan en el paso inicial para la degradación aeróbica de HAP [35,36].
9
Artículo original
suplementado con pireno 100 mg/L después de 7 días
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 Estas enzimas permiten la activación del anillo
Es importante hacer incapié que MLA9 puede
aromático para su posterior apertura por la acción
producir biosurfactantes cuando es crecida en
de la dioxigenasas de escisión como las catecol 1, 2
medio mínimo de sales BH suplementado con
dioxigenasa que hace un corte intradiol u orto y/o
pireno, esta habilidad puede ser una ventaja en el
la catecol 2, 3 dioxigenasa que realizar un corte
ambiente marino, donde la escasez de nutrientes
extradiol en meta y así, producir cis-cis muconato
no será una limitante para la producción del
y
compuesto tensoactivo y acceder al contaminante.
semialdehído
2-hidroximuconato,
respectivamente, los cuales serán substratos de una serie de enzimas para dar lugar a diversos intermediarios metabólicos, hasta llegar a aquellos que puedan ingresar al ciclo de Krebs para poder energía
funcionamiento
para celular
el
desarrollo
[35,37].
En
y
buen
MLA9
se
detectaron, por PCR, los genes de RHD-PAH-GN, C12O y C23O, sugiriendo que esta cepa puede ser eficiente en la degradación de diversos HAP.
Lo
anterior puede avalarse con lo reportado en otra cepa de P. stutzeri [20], en donde se demostró la presencia de los genes y las enzimas de las C12O y C23O y los autores reportan la alta eficiencia de degradación para fenantreno y pireno en los 10 días de incubación.
la producción de ramnolípidos se ha llevado a cabo principalmente en P. aeruginosa [44,45], aunque hay
reportes
mencionando
que
en
otros
Pseudomonadales se han detectado homólogos de los genes rhla y rhlb como Burkholderia [46], así como en bacterias del orden Enterobacterial como
Serratia rubidaea [47] y Pantoea ananatis [48] y los productos génicos para rhla oscilan entre las 880 a 900 pb, mientras que para rhlb alrededor de las 1280 pb [49]. Un análisis de las secuencias proteicas de RhlA, RhlB y RhlC de cepas de P.
aeruginosa, P. fluorescens, P. chlororapis y P. syringae, demuestran que mantienen un alto grado de conservación [44]. Por otro lado, en la base de
Las bacterias hidrocarbonoclastas, además de la
datos de Pseudomonas los genes rhla, rhlb y rhlc
batería enzimática que las hace aptas para el
están anotado solamente para los genomas, tanto
catabolismo de compuestos orgánicos tóxicos,
parcial
también
les
aeruginosa [49]. En el caso particular de P. stutzeri,
permiten facilitar el proceso de degradación como
a pesar de que ya han sido reportadas cepas
producir compuestos tensoactivos [38]. En ese
productoras
suelen
poseer
mecanismos
que
como
totalmente
de
secuenciados
biosurfactantes
de
del
P.
tipo
Pseudomonas
ramnolípidos [50], hasta donde sabemos, no hay
producen tensoactivos del tipo ramnolípidos, tales
evidencia de la caracterización de las proteínas ni
como P. putida [39], P. fluorescencens [40],
de las secuencias de los genes implicados en la
sentido,
diversas
especies
de
chlororaphis [41] y P. aeruginosa [42,43].
P.
biosíntesis de ramnolípidos. Lo anterior nos invita a no desechar la posibilidad que el fragmento
10
Artículo original
obtener
La detección molecular de los genes implicados en
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 amplificado obtenido para MLA9, utilizando los
biopelículas formadas por este microorganismo
cebadores específicos para un fragmento del
pueden
rhlab
de
P.
aeruginosa,
cuya
y
degradar
eficientemente
masa
fluoreno y fenantreno [9]. Recientemente, un
molecular fue de 1000 pb y no de 770 pb como lo
estudio reveló que diversas cepas de Pseudomonas
esperado (Fig. 5, carriles 1 y 2) sea un homólogo
degradan petróleo crudo en mayor proporción
de este operón. Como se mencionó anteriormente
cuando están como células sésiles en biopelículas
en el texto, será necesario obtener la secuencia del
que cuando están en forma planctónica [56] . En
fragmento amplificado de 1000 pb de MLA9 y
este estudio, la cepa MLA9 de P. stutzeri presenta
realizar un alineamiento en las bases de datos
la capacidad de formar biopelículas en medio
disponibles, como BLAST.
mínimo y en presencia de pireno, lo que sugiere
La biodisponibilidad de los contaminantes es una de las limitaciones para que el proceso de biodegradación se lleve a cabo. Para tener acceso a
los
compuestos
tóxicos,
la
formación
de
biopelículas es otro de los mecanismos utilizados por los microorganismos hidrocarbonoclastos [51– 54].
La
conglomeración
bacteriana
en
las
biopelículas y la formación de la matriz extracelular, le permite tener una mayor superficie de contacto con el contaminante, así como una protección hacia los efectos adversos que les pudiera generar el compuesto
tóxico
y
potencia
el
proceso
de
degradación por favorecer la transferencia del contaminante a las células bacterianas [51,54]. Por ejemplo, en Stankeya spp la biopelícula funge como una barrera física que le confiere protección contra la toxicidad de los HAP, por permitir una separación adecuada entre el contaminante y la comunidad bacteriana.
Lo anterior, además, permite una
mejor transferencia de materia, lo que se traduce en un incremento en el proceso de biodegradación [55]. En el caso particular de Pseudomonas, en la cepa de P. putida ATCC 17514, se demostró que las
que podría promover la biodisponibilidad y así aumentar, considerablemente, la degradación de este compuesto tóxico. Aunque es un resultado preliminar, también es un resultado prometedor en el sentido que esta habilidad puede ser considerada una herramienta biotecnológica en los procesos de biorremediación. CONCLUSIÓN Una alternativa para remover los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) del ambiente es usando
bacterias
hidrocarbonoclastas.
El
aislamiento, identificación y caracterización de este tipo de microorganismos es esencial para poder estructurar estrategias que permitan sanear zonas afectadas por los diversos contaminantes orgánicos tóxicos. La caracterización inicial de la cepa MLA9 de
Pseudomonas
stutzeri, aislada
del
Puerto
de
Rosarito, B.C, México, demuestra que posee, al igual
que
muchos
miembros
del
género
de
Pseudomonas, un metabolismo muy versátil ya que este microorganismo tiene la capacidad de crecer
11
Artículo original
operón
incorporar
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 en presencia de HAP de bajo y alto peso molecular,
knowledge and future directions. J Chem Technol
así como de utilizar estos compuestos tóxicos como
Biotechnol. 2005; 80(7):723–36.
su única fuente de carbono y energía. Además, es una
productora
de
biosurfactantes
del
tipo
ramnolípidos y formadora de biopelículas. Sumado lo
anterior,
P.
stutzeri
MLA9
es
una
cepa
hidrocarbonoclasta que puede catalogarse como una excelente candidata para continuar los estudios de degradación de HAP, así como ahondar más en su caracterización para su posible aplicación en procesos de biorremediación.
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Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 RESUMEN
Biorremediación del bisfenol A (BPA) y su potencial para el mejoramiento de la calidad de cuerpos de agua afectados por este contaminante industrial 1
Gilberto Sánchez-Aburto , Elizabeth Vargas-Castillo 1 , Jimena Yañez-Apam 1, Josué Zambrano-Carrasco 1 , Ricardo Carreño-López, 3, Mónica Andrea Vázquez-Pineros2, Vianey Marín-Cevada 3
El bisfenol A (BPA por sus siglas en inglés), un compuesto orgánico fenólico, fue sintetizado por primera vez en Alemania hace más de un siglo. Su auge industrial comenzó a mediados del siglo XX, en donde inicialmente se combinaba con diferentes químicos para la producción de plásticos y resinas. Durante las últimas décadas, se ha reportado ampliamente sus efectos nocivos. En las salud
Facultad de Ciencias Biológicas, Biotecnología Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP), 2Instituto de Acuicultura, Grupo Sanidad Organismo Acuáticos, Universidad de los Llanos, Villavicencio, Meta, Colombia, 3 Laboratorio de Ecología Molecular Microbiana, Centro de Investigaciones en Ciencias Microbiológicas, Instituto de Ciencias, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP), Puebla, México. Edificio IC-11, Ciudad Universitaria, San Manuel, Puebla, México. C. P. 72570. vianey.marin@correo.buap.mX
Gilberto Sánchez-Aburto, Elizabeth Vargas-Castillo, Jimena Yañez-Apam, Josué Zambrano-Carrasco, Ricardo Carreño-López, Mónica Andrea VázquezPineros, Vianey Marín-Cevada,Biorremediación del bisfenol A (BPA) y su potencial para el mejoramiento de la calidad de cuerpos de agua afectados por este contaminante industrial Alianzas y Tendencias-BUAP. 2019, 4 (13): 18-31. Recibido: 4 marzo 2019. Aceptado: 19 marzo 2019.
humana,
se
han
comprobado
sus
efectos
genotóxicos, neurotóxicos, así como su efecto como disruptor endocrino. Adicionalmente, el BPA es un compuesto recalcitrante, encontrándose en agua,
suelo
y
atmósfera
en
concentraciones
perjudiciales para la fauna y flora residente de los sitios afectados, causando efectos irreversibles. El ecosistema acuático es particularmente vulnerable a la toxicidad por BPA. Este compuesto entra en los cuerpos de agua a través de los efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales y vertederos. Por lo anterior, es necesario desarrollar sistemas eficientes para la recuperación de los sistemas acuáticos afectados por BPA. Dentro de las herramientas más eficientes como alternativas para el tratamiento del BPA, se encuentra la bioremediación, debido al papel principal que cumplen
los
microorganismos
para
la
transformación, degradación y eliminación del BPA. Así, en este artículo se presenta una pequeña revisión
sobre
los
alcances
y
logros
de
la
bioremediación del BPA, con énfasis en ambientes acuáticos. ABSTRACT
18
Artículo de revisión
1
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 The
Bisphenol
organic
Los microcontaminantes emergentes identificados
compound, was synthetized more than a century
como aquellos contaminantes de los que se
ago, for the first time in Germany. BPA industrial
desconoce su nivel de toxicidad (en algunos casos),
boom began in the middle of the 20th century,
regularmente son compuestos que se miden en el
where it was combined with different chemicals for
agua en
the production of resins and plastic. Over the last
muy pequeñas pueden llegar a causar efectos
decades, harmful effects of BPA have been widely
nocivos en la salud humana y en el ambiente, e
reported. On human health, it has been shown to
incluso
have genotoxic and neurotoxic effects, as well as
clasificación de microcontaminantes emergentes se
effects as an endocrine disruptor. In addition, BPA
incluyen:
it is a recalcitrant compound, it is found in soils,
veterinario, drogas ilícitas, productos industriales,
water
harmful
productos para el hogar y para el cuidado personal,
concentrations for the fauna and flora that inhabits
otros compuestos orgánicos persistentes, hormonas
the affected sites. The aquatic ecosystem is of
esteroides
particular vulnerability to BPA toxicity. BPA enters
disruptores
to water bodies through effluents from wastewater
muchos de ellos no presentan regulación legal
treatment plants and landfills. For these reasons, it
establecida y tienen la capacidad de penetrar
is necessary to develop efficient systems for the
fácilmente en el medio como consecuencia de
recovery of the affected aquatic ecosystems by
diferentes actividades y procesos antropogénicos
BPA. Among the most efficient tools as alternatives
[2].
for BPA treatment, it is found the bioremediation,
El bisfenol A (BPA) un contaminante de este tipo,
this is due to the mail role that microorganisms
en la actualidad es objeto de estudio. El BPA es
play for BPA transformation, degradation and
empleado industrialmente en numerosos sectores
elimination. Thus, this paper present an overview
(síntesis del policarbonato, como intermediario de
about the progress and achievements of BPA
reacción en la fabricación de resinas epoxi, fenoxi,
bioremediation with focus on aquatic environments.
polisulfona y determinadas resinas de poliéster,
and
A
in
(BPA),
the
a
phenolic
atmosphere
in
g / l o ng / l y que a concentraciones
pueden
bioacumularse
medicamentos
y
tiroideas, endocrinos.
para
[1]. uso
Bajo humano
fitoestrógenos
y
la y
otros
Desafortunadamente
Keywords: Acuático, Bisfenol A, biorremediación,
Está presente en los ecosistemas terrestres y
cuerpos de agua
acuáticos [3], vulnerables a la exposición de diferentes productos químicos que afectan de forma directa o indirecta a la biota residente en el medio [4]
INTRODUCCIÓN
19
Artículo de revisión
además como aditivo en retardantes de flama).
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 La gran cantidad de aplicaciones que tiene este
Breve historia del BPA
compuesto en la industria fomenta el aumento de
El BPA fue inventado por el químico ruso A. P.
su producción, y al mismo tiempo incrementa su
Dianin en 1891, pero su síntesis fue publicada
concentración en aguas residuales debido a su
catorce
compleja
baja
Universidad de Marburg, Alemania. La síntesis del
biodegradabilidad. Como consecuencia, el BPA
BPA es a través de una reacción de condensación
entra a otros cuerpos de agua afectando la fauna y
de dos equivalentes de fenol con uno de cetona
flora de estos ecosistemas. Este tipo de residuos
[8]. Edward Charles Dodds en 1930 investigó las
industriales generados a gran escala provocan su
propiedades
acumulación en ríos y sedimentos, que serán
también de otros compuestos, incluso identificando
transportados como destino final al ambiente
uno
marino, al que pueden acceder también mediante
(dietilestilbestrol),
el aporte de aguas subterráneas contaminadas por
tomaban regularmente durante el embarazo con la
la difusión de sustancias a través del sedimento [4,
finalidad de evitar los abortos naturales; sin
5]. Considerando que el agua es uno de los
embargo, posteriormente se estudió y evidenció los
principales
este
efectos adversos, como infertilidad y el desarrollar
compuesto como residuo de procesos industriales y
diversos tipos de cáncer en los hijos de las madres
de desecho [6], se propone crear sistemas para
que estuvieron bajo el tratamiento [9].
medios
aromática
donde
se
y
a
su
deposita
tratamientos de agua y purificación de esta, sin embargo, las tecnologías tradicionales que se utilizan para la separación de sustancias orgánicas del agua tratada están basadas en procesos de adsorción con carbón activado o por arrastre con aire.
Esto
implica
que
dichos
procesos
sólo
transfieren los contaminantes de su fase acuosa a otra que resulta también contaminada, por lo tanto, el problema persiste [7]. Por esta razón es necesario
desarrollar
sistemas
capaces
de
transformar el BPA, para su efectiva remoción del ambiente y las técnicas de biorremediación en cuerpos de agua son una atractiva e innovadora alternativa para dicha tarea.
después
por
estrogénicas
poderosamente fármaco
T.
del
Zincke
BPA,
así
estrogénico, que
las
en
la
como DES
mujeres
El uso a gran escala de dicho compuesto (BPA) fue hasta la época de 1950, con su empleo para la producción de resinas epoxi, y adicionalmente otros estrógenos sintéticos tuvieron un empleo como medicamentos [9]. La fecha exacta sobre su uso para resinas y policarbonato (la forma polimerizada del bisfenol A), discrepan entre Vogel (2009) y Hodgson (2010). Sin embargo, se destaca que su uso fue después de la Segunda Guerra Mundial, donde en el periodo de post-guerra se presentó escases de materiales, además de la época de la Guerra Fría, que conllevó competencia tecnológica entre las grandes potencias. Usos del BPA
20
Artículo de revisión
estructura
años
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 El policarbonato, el cual contiene BPA, se utiliza
de efectos en la salud humana, como pueden ser:
ampliamente en la fabricación de materiales en
la
contacto con alimentos, como biberones, vajillas,
reducción de la función sexual de los hombres, es
utensilios de horno y microondas, envases de
decir, la función eréctil, la función orgásmica, el
alimentos, botellas de agua, leche y otras bebidas,
deseo sexual y la satisfacción general con la vida
algunos
sexual [15], partos prematuros, enfermedades
polímeros
dentales,
utilizados
equipos
en
la
fertilidad
en
mujeres,
metabólicas, cáncer, afectación en el sistema
papeles
endocrino, obesidad, efecto en el comportamiento
térmicos (comprobante de compra), lacas, pipas de
de los niños (hiperactividad, agresión, depresión y
agua, juguetes y electrónicos [10,11]. Además, las
ansiedad), así como desarrollo de diabetes tipo 2,
resinas epoxi se usan como revestimiento de
trastornos
protección
y
adultos. Estudios recientes investigaron los efectos
bebidas, tapas metálicas de jarras y botellas de
epigenéticos relacionados con este contaminante.
vidrio, incluidos los envases de las preparaciones
La exposición a BPA puede alterar la expresión
para
existe
génica seleccionada a través de la metilación de las
cotidianamente una alta exposición al BPA a través
histonas e inducir cambios en el ADN y que
de la alimentación. El BPA puede lixiviarse en los
eventualmente derivará en la formación de células
alimentos o bebidas cuando son expuestos a altas
cancerosas [13,15]. Algunos de los estudios de
temperaturas para ser conservados, o a diferentes
exposición a BPA, en modelos de desarrollo in vivo,
condiciones de pH cuando los alimentos y bebidas
muestran
permanecen
carcinogénesis prostática, hepática y mamaria [15].
y
de
tuberías
de
diversas latas
lactantes
y,
durante
por
un
equipos
de
de
procesamiento
médicos,
tratamientos
disminución
agua,
de
lo
largo
alimentos
tanto,
periodo
en
conservación o simplemente al calentar alimentos en plásticos que contengan BPA, ya que a altas temperaturas se hidrolizan los enlaces éster que unen las moléculas de BPA [7, 12].
cardiovasculares
una
mayor
e
hipertensión
susceptibilidad
en
a
Del mismo modo, se han encontrado efectos adversos en la salud de diversos animales, por ejemplo, se ha encontrado que el BPA puede inducir desórdenes metabólicos y del sistema cardiovascular en conejos [17], causar efectos
silvestre Diversas pruebas experimentales han vinculado al BPA con efectos adversos en la salud de los humanos, la fauna silvestre, y modelos in vitro [13, 14]. Por lo cual, se han descrito una gran cantidad
adversos en el comportamiento y en el desarrollo del cerebro en animales adultos [18], así como en la fisiología reproductiva de peces dorados [19] o disrupción
endócrina
en
otras
especies
vertebrados marinos [20]. Presencia de PBA en ambientes acuáticos
21
de
Artículo de revisión
Efectos en la salud humana y de la vida
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 Se ha detectado en diferentes concentraciones de
dulce, además de que la fracción biodisponible del
BPA en diversos sistemas ambientales, los cuales
BPA disuelto puede aumentar con la salinidad [27].
comprenden
lixiviados
de
vertederos,
suelo,
sedimentos, lodos de aguas residuales, efluentes de aguas residuales, agua de mar, así como ríos, lagunas y humedales. En el caso de los ambientes acuáticos se ha detectado una mayor concentración de BPA en efluentes residuales y lodos residuales (17,300
ng/L
y
12,500
ng/L)
y
en
menor
concentración en agua de mar (249 ng/L).
Con
respecto al resto de los cuerpos de agua (ríos,
La tecnología de biorremediación utiliza organismos vivos
o
productos
derivados
de
estos,
principalmente microorganismos (bacterias, hongos y algas), así como plantas para restaurar un ambiente contaminado (Fig. 1). En el caso de los cuerpos de agua es ampliamente utilizada por las ventajas que ofrece, como su alta posibilidad de éxito, relativa reducción de costos respecto a otras técnicas y su fuente de origen natural [28].
lagunas, humedales) se ha encontrado en una concentración hasta de 410 ng/L [3]. Diversos estudios evidencian que a pesar a la exposición de niveles bajos de BPA, se observan serios efectos negativos en los organismos acuáticos, como por ejemplo disrupción endócrina [21].
Biorremediación en cuerpos de agua La principal vía de contaminación del BPA en el medio acuático son los efluentes del tratamiento de aguas residuales y vertederos, así como también en ríos, lagos, humedales, el océano e incluso en agua potable [22, 23, 24, 25, 26]. Las concentraciones
Fig. 1. Tipos de biorremediación del bisfenol (BPA) en
de BPA observadas en los océanos y estuarios son
ambientes acuáticos.
bajas
comparadas
con
algunos
sistemas de agua dulce. No obstante, la lixiviación de BPA podría representar una preocupación en los
Remediación bacteriana
sitios marinos donde se han acumulado residuos
Se ha encontrado un gran número de especies
plásticos, ya que el BPA se lixivia más rápidamente
bacterianas
en sistemas marinos que en sistemas de agua
contaminantes,
capaces estas
de
degradar
han
sido
compuestos aisladas
de
ambientes naturales como; sedimentos y criaturas marinas, ríos, suelo, etc. Así como ambientes 22
Artículo de revisión
relativamente
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 por
el
hombre
como
plantas
de
las
reacciones
de
oxido-reducción
en
la
tratamiento de aguas residuales, fermentadores de
biodegradación del BPA fue 𝐹𝑒 !! [33]. Así mismo, la
comida, etcétera [29, 30, 31, 32]. También tienen
cepa ISO-2 de B. megaterium, la cual fue aislada
mucha
bacterianas
de aguas residuales de una industria que produce
capaces de degradar xenobióticos, del mismo modo
policarbonato fue crecida en un medio con sales
los genes que codifican para dichas biomoléculas, o
minerales, extracto de levadura y 5 mg/L de BPA,
la degradación no solo por una especie bacteriana
después de 72 h fue capaz de degradarlo por
sino por consorcios bacterianos [29, 30].
completo [37].
Las
importancia
condiciones
las
bacterias
Se ha reportado el uso de consorcios bacterianos
degradan los contaminantes, en especial el BPA, es
para la degradación de BPA; por ejemplo, se
un aspecto sumamente importante dado que se ha
observó
encontrado que los valores de biodegradación,
compuesto a diferentes concentraciones; 10, 20, y
expresando en porcentaje de degradación, varían
50 mg/L, y una mayor eficiencia fue obtenida en
considerablemente; cambiando pH, temperatura,
condiciones de oscuridad. La degradación condujo
fotoperiodo, concentración de BPA, adaptación a
a la excreción de moléculas menos dañinas, o estas
otras moléculas (fenol por ejemplo), oxígeno,
fueron empleadas para la formación de la biomasa
volumen
celular de acuerdo con los autores [30].
del
en
las
enzimas
inoculo
cuales
las
empleado,
entre
otros
factores, obviamente considerando a la especie bacteriana empleada [30, 33, 34, 35, 32, 36] En el año 2002, Kang y Kondo encontraron que
Pseudomonas sp. y Pseudomonas putida tienen la capacidad de biodegradar cerca de un 90% de la concentración de BPA en condiciones aerobias, sin embargo, en condiciones anaerobias existe un decremento hasta del 10%. Por otro lado, se ha evaluado
el
uso
de
bacterias
anaerobias
facultativas, Bacillus sp. GZB, donde se encontró una completa degradación del contaminante bajo condiciones aerobias optimizadas; 37 °C, pH del medio 7-8.5, volumen del inoculo 30-40 mL, concentración de BPA <20mg/L. Bajo condiciones anaerobias, el aceptor de electrones involucrado en
una
degradación
completa
de
este
Remediación fúngica La biorremediación a partir de hongos tanto microscópicos como macroscópicos ha sido llevada a
cabo,
en
particular
por
algunas
enzimas
producidas por estos organismos. Debido a su versatilidad para ser empleadas bajo diferentes condiciones, también se han realizado procesos empleando el hongo completo [38]. Un estudio muestra especies de hongos del filo
Basidiomycota capaces de degradar contaminantes recalcitrantes,
tales
como:
aromáticos
halogenados,
hidrocarburos hidrocarburos
poliaromáticos y compuestos fenólicos, entre ellos el BPA [44]. Dicho género tiene el potencial de degradación debido a su capacidad de producir 23
Artículo de revisión
creados
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 lacasas, tirosinasas y varios tipos de peroxidasas.
Las tirosinasas son generalmente obtenidas a partir
Para el caso de la degradaciĂłn de compuestos
de extractos crudos del hongo comestible Agaricus
fenĂłlicos se lleva a cabo mediante la producciĂłn de
bisporus,
enzimas fenol oxidasas, tales como como las
â&#x20AC;&#x153;champiùón comĂşnâ&#x20AC;? o â&#x20AC;&#x153;champiùón de ParĂsâ&#x20AC;?, este
lacasas; identificadas como enzimas que, en la
hongo codifica para seis genes de tirosinasa, por lo
naturaleza, los hongos las emplean en procesos de
tanto, produce una mezcla de diversas isoformas
deslignificaciĂłn. La reacciĂłn catalizada es una
de tirosinasa asegurando hasta cierto punto la
monooxidaciĂłn de un sustrato a su correspondiente
posibilidad de degradar una mayor diversidad de
radical libre, teniendo como coproducto molĂŠculas
fenoles y sus derivados [43, 44]. Existen pocos
de agua [39] y, por otro lado, las tirosinasas, las
estudios
cuales son enzimas que catalizan la hidroxilaciĂłn
degradaciĂłn por parte de las tirosinasas en aguas
fenoles (mono- y difenoles) a quinonas [40]. Gou y
residuales de polifenoles, y para el caso de la
colaboradores (2010) enfatizan el uso de especies
degradaciĂłn del BPA, se ha visto que estas enzimas
silvestres de hongos, Polyporus sp. y Gonoderma
son capaces de usar el oxĂgeno molecular para
lucidum para la producciĂłn de lacasas (70000
oxidarlo a o-quinonas (compuestos teĂąidos y
đ?&#x2018;&#x2C6;đ??ż!! ). Las condiciones para la reacciĂłn enzimĂĄtica
tĂłxicos), que posteriormente serĂĄn eliminadas por
Polyporus
ser
adsorciĂłn o por uniĂłn al quitosano. Se ha
es
reportado la eliminaciĂłn de casi el 100%, en agua
termoestable [41]. Si se aplicaran directamente las
de rĂos esto en condiciones de agitaciĂłn durante 11
lacasas resultarĂa poco rentable debido al alto costo
dĂas con una concentraciĂłn del disruptor endocrino
de producciĂłn, asĂ como su difĂcil recuperaciĂłn e
de 0.1 mg/L, usando a las cĂŠlulas inmovilizadas del
incluso, una gran desventaja es que estas enzimas
cuerpo fructĂfero de A. bisporus en cĂĄpsulas de
se inactivan fĂĄcilmente, por ello que es conveniente
alginato
inmovilizarlas en una matriz o soporte, utilizando
purificaciĂłn de enzimas [45].
lacasas
consideradas
en
extremas
sp.
porque
pueden la
enzima
polĂmeros inertes y de este modo, las enzimas mejoran estabilidad, reutilizaciĂłn, asĂ como costos de aplicaciĂłn. Un estudio reciente evaluĂł la eficiencia
de
enzimas
lacasas
inmĂłviles
para
degradar BPA, consistiĂł primeramente en extraer y purificar a las enzimas obtenidas a partir de una levadura ascomiceta Cyberlindnera fabianii para posteriormente ser inmovilizadas en perlas de
en
y
comĂşnmente
donde
sĂlice,
prueban
sin
conocido
la
emplear
como
eficiencia
tĂŠcnicas
de
de
El uso de otro tipo de enzimas de la misma clase (oxidorreductasa), en este caso lignolĂticas, ha sido tambiĂŠn
estudiado,
la
especie
Phanerochaete
chrysosporium fue empleada para la producciĂłn de estas molĂŠculas. Se encontrĂł que se remueve hasta un 90% de BPA en aguas contaminadas, usando las enzimas inmovilizadas en un gel de pectina [46].
alginato de calcio y cobre [42].
24
ArtĂculo de revisiĂłn
de
mĂĄs
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 Remediación por microalgas
También se ha estudiado la biodegradación y
Las microalgas han sido ampliamente estudiadas para implementar técnicas de biorremediación, ya que son capaces de absorber, acumular y/o metabolizar una gran variedad de contaminantes
El potencial de la microalga Chlorella fusca var.
vacuolata fue evaluado para biodegradar BPA,
BPA
por
parte
de
dos
microalgas, Chlamydomonas mexicana y Clorella
vulgaris. Probando diferentes concentraciones de este químico, la microalga C. mexicana fue la más
lixiviados
de
vertederos,
sus
un rango de concentración que varía desde 10 M, en condiciones de luz; además se
encontró que el BPA se biodegradó en monohidroxi bisfenol A [49].
con un potencial de bioacumular 10 mg /L, que implicaba cinco veces menos que C. vulgaris. A pesar de que ambas algas tuvieron la capacidad de bioacumular y biodegradar BPA, C. mexicana también mostró mayor capacidad de biodegradar BPA [53].
Por otro lado, la clorofita Picocystis sp.
demostró
experimentalmente
capacidad
de
tolerar
y
que
degradar
tiene BPA
la bajo
concentraciones de 25, 50 y 75 mg/ L. Se consideró
También la microalga Scenedesmus quadricauda es
en este estudio que la eliminación del BPA se llevó
una atractiva propuesta, dado que, en un ensayo
a cabo por procesos de biotransformación teniendo
realizado, encontraron que, durante 8 días, con una
un papel crucial el incremento en la actividad
concentración inicial de 2 mg/L, reduce al BPA
enzimática antioxidante cuando Picocystis entra en
hasta una cantidad menor de 0.5 mg/L. La principal
contacto con el BPA, obteniendo hasta un 40% y
vía de esta disminución fue la transformación del
72%
xenobiótico
concentraciones
a
BPA-mono-O-
-D-glucopiranósido
por la enzima glucosil transferasa, compuesto con menor actividad estrogénica [50].
BPA, observando cómo las microalgas mejoran el proceso de eliminación. Inicialmente rompen las moléculas por efecto de la radiación solar y un y
la
secreción
eliminación de
del 75
contaminante mg/L
y
25
bajo mg/L
respectivamente [54].
Fitorremediación
Otros autores estudiaron la fotodegradación de
fotocatalizador,
de
de
radicales
hidroxilos por parte de las microalgas lo que potencializa su acción terminal [51, 52].
La fitorremediación del BPA ha sido empleada con diferentes enfoques usando plantas o productos de estas; como son las enzimas. Es una tecnología cada vez más empleada para limpiar aguas contaminadas [55, 56] y además presenta un alto costo-beneficio [57]. La principal vía llevada a cabo por una planta en presencia
de
BPA
es
la
fitotransformación,
25
Artículo de revisión
en
resultados mostraron la degradación de un 95% en hasta 80
de
tolerante a PBA en comparación con C. vulgaris,
[47, 16, 48].
encontrado
bioacumulación
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 mediante
glucosilación,
los
hidropónico de la planta. El tratamiento exitoso del
productos derivados de este proceso ya no tienen
BPA presente en el lixiviado de vertederos de
actividad estrogénica y son distribuidos a diferentes
desechos peligrosos demuestra la posible aplicación
órganos dependiendo de la especie de la planta
de esta planta en la fitorremediación en aguas
[58, 59]. Del mismo modo, se ha demostrado una
residuales o lixiviados industriales [60].
mayor biodegradación de BPA a través de plantas asociadas con consorcios de microorganismos, debido al aumento de su tolerancia hacia el contaminante [60]
También se han utilizado plantas ornamentales, como es el caso de Salvia amplexicaulis, Salvia
lavandulifolia y Salvia transylvanica, las cuales tuvieron la capacidad de eliminar completamente
Plantas del género Juncus han sido empleadas para
BPA (50 µM) en agua después de tres días al
realizar
de
biodegradarlo y/o metabolizarlo. En el mismo
xenobióticos [61], en un estudio se muestra una
estudio encontraron que la fresa, Fragaria vesca,
degradación del disruptor endocrino hasta del 97%,
mostró una relativa habilidad para eliminar BPA,
con un efluente de concentración de BPA de 0.27
92%, después de tres días, al usarla como control
mg/L, destacando que fueron empleadas a la par
[57].
ensayos
de
fitorremediación
otras especies de plantas halofíticas [62].
Dracaena
de
oleracea elimina completamente el BPA (50 µM), en
Tailandia, tropical y de fácil mantenimiento, toleró
un sistema de hidrocultura, en solo 24 horas, por
la toxicidad del BPA, además de que también lo
medio de dos mecanismos de metabolización, la
absorbe, lo traslada y lo acumula. La planta secreta
hidroxilación del BPA por enzimas localizadas en la
mucílagos de polisacáridos, posiblemente como una
raíz y la oxidación de este por una peroxidasa [63].
barrera protectora para prevenir los efectos nocivos
Años más tarde, extractos enzimáticos obtenidos a
del tóxico. D. sanderiana demostró que puede
partir de la raíz de esta planta, se inmovilizaron en
captar
la
perlas de vidrio y se observó que la enzima
concentración inicial de BPA en cuatro días.
inmovilizada fue un método útil para eliminar BPA
Además, se encontró que la planta estaba asociada
de aguas residuales industriales [64].
con
sanderiana,
En un estudio previo, hallaron que Portulaca
una
aproximadamente
bacterias
planta
el
50%
Gramnegativas
nativa
de
incluyendo
Enterobacter sp., así como con Grampositivas como Bacillus cereus. Estas bacterias, que se adhieren a
CONCLUSIÓN
la superficie de la raíz desempeñan una función
La biorremediación del BPA, un contaminante
importante para la biodegradación de BPA y
conocido por ser un disruptor endocrino, en
podrían mejorar la disipación de este en el sistema
cuerpos de agua representa una preocupación a
26
Artículo de revisión
principalmente
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 nivel mundial y ha sido ampliamente estudiada,
[4] Torres-Maroño S. Efecto del bisfenol A, un
proponiendo el empleo de diferentes enfoques y
microcontaminante acuático emergente, sobre la
microorganismos.
microalga
La
búsqueda
de
diferentes
especies con mayor eficiencia y tolerancia provoca que nuevas especies bacterianas, fúngicas, de plantas y algas, así como asociaciones entre estos organismos;
sean
utilizadas
en
diferentes
ambientes acuáticos, además, que algunas estén en la mira para para su empleo en una escala industrial, teniendo en cuenta las condiciones a las el
proceso
alcanza
los
mayores
rendimientos. Esto para disminuir o aminorar los
Tetraselmis suecica. Tesina.
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Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 Gluconacetobacter diazotrophicus es una bacteria
Aplicaciones potenciales de Gluconacetobacter diazotrophicus para incrementar los rendimientos agrícolas
Gram-negativa que normalmente es endófita de
América Paulina Rivera-Urbalejo1,2, Dalia JuárezHernández1, Ana Laura Hernández-Tenorio1, Yolanda Elizabeth Morales-García*1,3
en materia orgánica como el cafeto. Las cepas de
plantas como la caña de azúcar, la piña, camote, pastos, entre otras. Sin embargo, también es posible detectarla en ambientes rizosféricos ricos
G. diazotrophicus se caracterizan por tener la capacidad de fijar nitrógeno bajo condiciones donde la concentración de azúcar es elevada y el
1
Grupo Supervivencia y Ecología de Microorganismos (GESM), Centro de Investigaciones en Ciencias Microbiológicas (CICM), Instituto de Ciencias (IC), Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP), Puebla, México. Edificio IC-11, Ciudad Universitaria, San Manuel, Puebla, México. C. P. 72570. 2 Facultad de Estomatología, BUAP 3 Facultad de Ciencias Biológicas, BUAP lissiamor@yahoo.com.mx
América Paulina Rivera-Urbalejo, Dalia JuárezHernández, Ana Laura Hernández-Tenorio, Yolanda Elizabeth Morales-García, Aplicaciones potenciales de Gluconacetobacter diazotrophicus para incrementar los rendimientos agrícolas Alianzas y Tendencias-BUAP. 2019, 4 (13): 32-44. Recibido: 23 febrero 2019. Aceptado: 15 marzo 2019.
pH es muy bajo, por lo que se propuso como la bacteria clave que transfiere nitrógeno a la caña de azúcar. Adicionalmente, esta bacteria es capaz de estimular el crecimiento de plantas mediante mecanismos independientes a la fijación biológica de nitrógeno, por ejemplo mediante la producción de fitohormonas como el ácido indol acético. Otra propiedad interesante de G. diazotrophicus es que produce compuestos de tipo antimicrobiano que afectan al crecimiento de hongos fitopatógenos, por lo que se ha propuesto que esta bacteria podría hacer un biocontrol efectivo. Los estudios de interacción
bacteria-planta
muestran
que
el
nitrógeno combinado afecta a la asociación de esta bacteria
con
las
plantas,
por
lo
que
esta
información debe considerarse si se requieren explotar sus beneficios. Ya han transcurrido 20 años desde su aislamiento y algunas patentes han sido publicadas con el objetivo de explotar sus comerciales visibles en el mercado que contengan a este microorganismo.
RESUMEN
ABSTRACT
32
Artículo de opinión
atributos, no obstante aún no hay productos
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 Gluconacetobacter
diazotrophicus
is
a
Gram-
INTRODUCCIÓN
negative endophytic bacterium isolated from plants
Desde la emergencia de la revolución verde, se han
such as sugar cane, pineapple, sweet potato,
usado cantidades elevadas de nitrógeno combinado
grasses, among others. However, it is also possible
en los campos de cultivo con el fin de incrementar
isolate
rhizospheric
los rendimientos, no obstante esta forma de
environments rich in organic matter such as coffee
fertilización ha tenido un impacto negativo en el
plants. Strains of G. diazotrophicus have the
medio ambiente, especialmente aumentando los
capability to fix nitrogen under conditions where
niveles de lixiviación, eutrofización, incremento en
the concentration of sugar is high and the pH is
los niveles de óxidos de nitrógeno (NOx) y efectos
very low, so it was proposed as the key bacterium
sobre la capa de ozono en la estratósfera (1). Para
that transfers nitrogen to sugarcane. Additionally,
aliviar el daño será necesario modificar las prácticas
this bacterium is able of stimulate the plant growth
agrícolas por alternativas más amigables con el
by mechanisms independent of biological nitrogen
medio ambiente sin disminuir los rendimientos de
fixation,
of
los cultivos (2). Las bacterias benéficas podrían ser
phytohormones such as indole acetic acid. Another
una alternativa excelente, debido a los múltiples
interesting property of G. diazotrophicus is that it
mecanismos que ellas pueden proveer a sus
produces antimicrobial compounds that affect the
plantas hospederas (3), por ejemplo, aporte de
growth of phytopathogenic fungi, therefore it has
nitrógeno vía FBN, producción de fitohormonas,
been proposed that this bacterium could make an
solubilización de fosfatos, solubilización de zinc,
effective biocontrol. The bacteria-plant interaction
biocontrol y estimulación de la defensa en plantas
studies show that combined nitrogen affects the
(3,4). Los estudios de estas bacterias han permitido
association of this bacteria with plants, so this
conocer a cuales podríamos usar en formulaciones
information must be considered if its benefits are to
para la inoculación de semillas o plantas, a esas
be exploited. It has already been 20 years since its
formulaciones se les denomina “inoculantes” y se
isolation and some patents have been published
subclasifican en función del tipo de beneficio que
with the aim of exploiting its attributes, however
aportan
there are still no commercial products visible in the
destacamos a los biofertilizantes, biocontroladores,
market that contain this microorganism.
biosolubilizantes,
this
for
bacterium
example
by
from
the
production
sobre
las
plantas;
entre
biodegradantes
los y
que los
Keywords:
Gluconacetobacter
endofito, PGPR, fitoestimulación
diazotrophicus,
están siendo usadas para promover el crecimiento de plantas son de tipo rizosférico, por su forma fácil de colonización en la raíz a partir de la semilla inoculada, por ejemplo una bacteria ampliamente
33
Artículo de opinión
fitoestimulantes (5). En general las bacterias que
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 utilizada para las formulaciones comerciales es
acumulación de sacarosa también ocurre durante el
Azospirillum brasilense (3). Las bacterias endófitas
crecimiento (18,19), pero aún se desconoce cuáles
promotoras del crecimiento de plantas también
cambios son los que determinan la disminución de
podrían explotarse aunque su forma de inoculación
la
podría variar para que las bacterias colonicen el
Interesantemente, G. diazotrophicus ha sido aislado
interior de las plantas. Una bacteria endófita con
a partir de tallos de caña de azúcar de plantas
Gluconacetobacter
adultas (20), lo que sugiere las poblaciones son
uso
comercial
es
G.
de
diazotrophicus.
diazotrophicus (6).
recuperadas
Fuentes de aislamiento de G. diazotrophicus.
interacción.
Gluconacetobacter diazotrophicus es una bacteria
diazotrophicus que han sido aisladas de la caña de
que inicialmente fue aislada del interior de tejidos
azúcar es limitada (21), pocos son los genotipos
de caña de azúcar (Saccharum officinarum) (7) y a
que interaccionan con la caña de azúcar, no
lo largo de los años se ha encontrado asociada
obstante, el genotipo de bacteria que interacciona
como endófita a diversas plantas como por ejemplo
con las plantas es determinante para que la
el camote (Ipomoea batatas) (8), el Ragi (9), arroz
interacción sea exitosa y las cepas del genotipo 3
de
humedal
(Oryza
sativa)
(10),
pasto
(P.
en La
periodos diversidad
avanzados
de
la
de
de
G.
cepas
son las que mejor interaccionan con la caña de
purpureum var. Camerún) (11), papaya (Carica
azúcar (16).
papaya) (12), zanahoria (Daucus carota L.), rábano
La variedad de caña de azúcar también influye
(Raphanus sativus L.), betabel (Beta vulgaris L.)
fuertemente en la interacción y algunas variedades
(13), la piña (Ananas comosus) (14) y del interior
como
y rizósfera de cafeto (15). Son muy diferentes las
interaccionar
características fisiológicas de las plantas con las
permiten un mejor establecimiento de la bacteria y
que se asocia G. diazotrophicus, sin embargo
por
muchas se caracterizan por acumular azúcar en su
reportado que algunas variedades de caña de
interior. En caña de azúcar se ha observado que
azúcar
algunos
nitrógeno
factores
afectan
fuertemente
en
el
la
MEX
periodos
57-473
G.
con más
muestran (22),
son
diazotrophicus
prolongados una
mejores
mayor
posiblemente
para
ya
(16).
Se
capacidad porque
que ha de estas
establecimiento de esta bacteria, entre los que se
variedades interaccionan mejor con las bacterias
pueden destacar que la edad de la planta influye
fijadoras de nitrógeno.
negativamente en la población de G. diazotrophicus
Por otro lado,
(16). Los cambios fisiológicos que las plantas de
aplicado a los cultivos influye negativamente en la
caña de azúcar experimentan a lo largo de su
interacción de esta bacteria con la caña de azúcar
desarrollo son diversos como por ejemplo cambios
(16,23,20). De hecho la frecuencia de aislamiento
en las relaciones de agua en los tejidos (17) y la
de G. diazotrophicus disminuye si los cultivos de
el nivel de nitrógeno combinado
34
Artículo de opinión
potencial
población
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 caña de azúcar son fertilizados con dosis elevadas
Mecanismos
de
promover el crecimiento de plantas
combinado
(23,24).
Más
G.
diazotrophicus
para
recientemente, se observó que la disminución de la
Fijación biológica de nitrógeno. Esta bacteria fue
población
de
inicialmente aislada en medios semigelificados
nitrógeno combinado está relacionado con los
carentes de nitrógeno con el fin de capturar a la
cambios fisiológicos que sufre la planta y la alta
bacteria responsable de llevar a cabo la fijación de
fertilización provoca una disminución mayor de la
nitrógeno en plantas de caña de azúcar (7).
bacteria cuando está asociada a plantas (25), sin
Aunque la bacteria es capaz de fijar altas tasas de
embargo, algunos cambios pleomórficos sobre la
nitrógeno bajo condiciones in vitro (29), el aporte
bacteria han sido documentados en presencia de
de nitrógeno a las plantas de caña de azúcar es
altos niveles de fertilización lo cual podría ser
muy bajo, por lo que la fijación de nitrógeno no es
responsable también de la disminución de la
el
población de esta bacteria cuando se asocia a las
principal de esta bacteria (30).
plantas (10,26). Es conocido que algunos cambios
Fitoestimulación
en la concentración de sacarosa y actividades
mecanismo principal de estimulación de crecimiento
enzimáticas ocurren en los tejidos de la caña de
de G. diazotrophicus en caña de azúcar (16). Hay
azúcar en dependencia de la forma de nitrógeno
varias fitohormonas que son producidas por estas
combinado aplicado a las plantas (18,19), será
bacterias y que regulan el crecimiento de plantas,
interesante conocer cuáles son los determinantes
por ejemplo: las giberelinas (31) y las auxinas
que
la
como el ácido indol acético (AIA) (24). Una
población de G. diazotrophicus. La influencia
mutante derivada de la cepa PAl 5 de G.
negativa
la
diazotrophicus denominada Mad10 resultó incapaz
población de otras bacterias endófitas ha sido
de sintetizar AIA (32). La mutante colonizó a las
también
las
plantas de forma similar a la cepa silvestre, sin
como
embrago, fue incapaz de estimular el crecimiento
Herbaspirillum seropedicae (26) y Pseudomonas
de estas en comparación a la cepa silvestre o una
fluorescens (28) no son afectadas en asociación
mutante
con plantas cuando estás se fertilizan con dosis
sugiriendo que el AIA es el mecanismo principal de
elevadas de nitrógeno combinado, lo que sugiere
promoción de crecimiento para esta bacteria. Las
que los cambios fisiológicos solo afectan a algunas
plantas inoculadas con G. diazotrophicus muestran
especies bacterianas.
mayor tamaño de raíz comparado con las plantas
de
esta
desencadenen del
efectos
nitrógeno
mostrada
poblaciones
bacteria
de
en
presencia
negativos
combinado
(27). algunas
Sin
en
sobre
embargo,
bacterias
mecanismo
nif-
de por
(cepa
promoción
de
hormonas.
que
no
crecimiento Este
fija
es
el
nitrógeno);
control, en consecuencia estas plantas tienen un
35
Artículo de opinión
nitrógeno
de
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 área incrementada para la absorción de nutrientes
para G. diazotrophicus usando glucosa y sacarosa
(16).
como fuentes de carbono (36). La capacidad de
Solubilización de fosfatos. El fósforo es un nutriente
solubilizar zinc es variable en función de la cepa
esencial para el crecimiento de las plantas y en
explorada y la cepa PAl 5 solubilizó eficientemente
suelos este está comúnmente en una forma mineral
los compuestos de zinc ensayados siendo el ZnO
(1). Uno de los mecanismos de promoción de
mejor solubilizado en comparación con ZnCO3 ó
G.
Zn(PO4)2. La solubilización de zinc tambiés está
diazotrophicus es su capacidad para solubilizar
influenciada por los ácidos orgánicos y el ácido
fosfatos. Los ensayos cualitativos usando fosfato
glucónico es clave para dicha función (34).
tricalcico como única fuente de fósforo han
Control
mostrado que esta bacteria solubiliza fosfatos solo
explorado en su capacidad para inhibir patógenos
cuando las aldosas fueron adicionadas como fuente
de plantas por ejemplo, esta bacteria inhibe el
de carbono (33). La oxidación extracelular de
crecimiento de Colletotrichum falcatum, un Moho
aldosas mediante la vía de una pirroloquinolin
causal de la podredumbre roja de la caña de azúcar
quinona unida a glucosa deshidrogenada (PQQ-
(37).
GDH) es la vía metabólica principal dela glucosa
Xanthomonas albilineans, una bacteria que produce
para G. diazotrophicus. En una mutante PQQ-GDH
escaldamiento de las hojas debido a un daño
de esta bacteria no fue posible observar la
vascular y aparentemente esta inhibición ocurre a
solubilización de fosfatos y tampoco la acidificación
través de una molécula de tipo bacteriocina (38).
del medio de cultivo; sugiriendo la participación de
Aunque estos trabajos han sido desarrollados en
los ácidos orgánicos en la solubilización. Usando
condiciones de laboratorio, se sugiere que la
una
mediante
inhibición de patógenos podría ocurrir en asociación
transposones se seleccionaron mutantes defectivas
con plantas. De hecho se ha demostrado que G.
en la solubilización de fosfatos, la secuanciación de
diazotrophicus es capaz de inhibir el crecimiento de
los genes implicados muestró que la producción de
Fusarium oxysporum cuando se asocia al camote
ácido
(39). F. oxysporun afecta el crecimiento de diversas
librería
bastante
de
glucónico
promisorios
mutantes
es
obtenida
fundamental
para
para
la
G.
Biológico.
También
diazotrophicus
inhibe
el
ha
crecimiento
sido
de
solubilización de los fosfatos (34).
plantas por lo que su biocontrol por esta bacteria
Solubilización de zinc. El zinc es un elemento que
es de gran relevancia. Los compuestos implicados
se requiere en bajas cantidades, sin embargo es de
en
gran relevancia para el funcionamiento de las
diazotrophicus
plantas (35), sin embargo este elemento tampoco
compuestos de tipo volátil (39). Recientemente una
está en forma biodisponible en los suelos. El
formulación que contiene una mezcla de tres
potencial solubilizador de zinc ha sido evaluado
bacterias entre las que destaca G. diazotrophicus
el
biocontrol son
de la
F.
oxysporum
pioluterina
y
por
G.
algunos
36
Artículo de opinión
crecimiento
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 fue diseñada para eliminar hongos durante el
G. diazotrophicus en plantas de interés agrícola y
desarrollo
La
se ha observado que esta bacteria propicia un
competitividad de las cepas bacterianas está ligada
mayor tamaño de plantas, peso seco e incluso
a la producción de sustancias inhibitorias y las
mayor número de frutos (Tabla 1).
de
plántulas
de
papa
(40).
cepas del genotipo 3 de G. diazotrophicus producen una sustancia similar a las bacteriocinas que les
Tabla 1. Efectos de la inoculación de G. diazotrophicus
permiten predominar en sus ambientes (41);
en plantas de interés agrícola e incrementos de
inhibiendo el crecimiento de otros genotipos de la
producción de cultivos
misma bacteria, será interesante evaluar en el
Log. No UFC/g peso
futuro si esta característica está ligada a la
fresco
inhibición de patógenos. Interesantemente se ha descrito
que
Xanthomonas
algunos albilineans
patógenos también
como
pueden
promoción de
4.0
número y peso de frutos
suprimidos tras la inducción de la respuesta de Maiz
plantas, solo
5.0
en presencia
con
G.
potencialidades de esta bacteria benéfica siguen
Trigo
2.0-5.0
Caña de azúcar
No
anotados (43,44), así como también estudios
Yuca
determinado
proteómica
PAL 5, UAP 5541/pRGS561,
crecimiento
cepa Delta-Nilo
fresco, peso
PAL 5, UAP 5560
(48,49)
(16,30)
Mayor número Papa y
mediante
No hay
seco y altura
cuenta con genomas completos secuenciados y realizados
(47)
promoción del
Mayor peso 5.0-6.0
realizándose y es importante destacar que ya se
globales
PAL 5
combinado
diazotrophicus Los esfuerzos para conocer más acerca de las
(46)
de nitrógeno
protector anticipado en las plantas. inoculantes
PAL 5 and UAP 5541/pRGS561
Incremento el
patógenos podría ser el uso de esta bacteria como de
Referencia
crecimiento de
defensa de las plantas por G. diazotrophicus (42),
Formulación
Cepas usadas
crecimiento
Incrementó Tomate
ser
de esta forma una alternativa para el control de
Característica principal de su
de tuberculos
para
y mayor
No especificado
(12)
propuesto
diversas
tamaño y biomasa
conocer a las proteínas que se expresan durante la azúcar (45). El conocimiento generado será a base para el diseño de inoculantes efectivos que se destinen para potenciar la producción agrícola. Diferentes son los estudios que se han realizado con el fin de conocer el efecto de la inoculación de
En
la
actualidad
se
han
formulaciones que contienen a G. diazotrophicus, por ejemplo un inoculante multiespecies que contiene a la bacteria potencia el crecimiento de caña
de
azúcar
(50).
Otra
formulación
37
Artículo de opinión
interacción de G. diazotrophicus con la caña de
Alianzas y Tendencias - BUAP, Vol. 4, No. 13 multiespecies también conteniendo esta bacteria estimula el crecimiento de maíz, papa, jitomate y otros cultivos (40,51). El número de patentes publicadas que contemplan a G. diazotrophicus es muy pequeño, sin embargo, se ha incrementado en los últimos dos años (Fig. 1). El país con mayor número de patentes en este campo es Reino Unido (12 patentes) seguido por México (2 patentes), otros países contribuyen con una patente (Brasil, India y Corea del Sur). En cuanto a formulaciones comerciales,
aun
no
existen
formulaciones
comerciales que contengan a esta bacteria, no obstante dado su potencial elevado para promover el crecimiento de plantas, su compatibilidad con el medio ambiente y su capacidad de proteger a las plantas contra los patógenos, se puede pronosticar que será una bacteria que se usará con fines de inoculación bacteriana dentro de formulaciones de
CONCLUSIÓN
G. diazotrophicus es una especie bacteriana que ha sido aislada a partir del interior de plantas ricas en sacarosa y también de la rizósfera de plantas ricas en materia orgánica. Esta bacteria promueve el crecimiento de plantas diversas a través de diversos mecanismos entre los que destaca la fijación biológica de nitrógeno, la producción de fitohormonas, la solubilización de fósforo y zinc, el biocontrol de patógenos y la estimulación de la defensa
de
plantas.
Cada
vez
hay
mayor
investigación sobre esta bacteria y el número de patentes está incrementando, por lo que se predice que en un futuro cercano se usarán formulaciones que contengan a esta bacteria para potenciar el rendimiento de los cultivos. CONFLICTO DE INTERESES Los autores declaran no tener conflictos de
segunda generación (2,5).
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INSTRUCCIONES A LOS AUTORES ENVÍO DE MANUSCRITO Los manuscritos deben ser enviados por uno de los autores. El autor correspondiente deberá enviar el manuscrito junto con una carta de Derechos de Autor firmada por los autores del trabajo, en la que se haga constar que se trata de un artículo original, no publicado con anterioridad, ni puesta ha consideración de manera simultanea en otra revista. Los artículos deben enviarse por correo electrónico a la atención de: Dr. Martín Pérez Santos Director de la revista Alianzas y Tendencias: alianzasytendencias@correo.buap.mx LONGITUD DEL MANUSCRITO Artículo de Investigación: deberan contener entre 4000-8000 palabras, excluyendo figuras y tablas. Revisiones: deberán contener entre 800040000 palabras, excluyendo figuras y tablas. PREPARACIÓN DEL MANUSCRITO El manuscrito debe ser escrito en español en un estilo claro, directo y activo. Todas las páginas deben numerarse secuencialmente para facilitar una revisión y edición del manuscrito. SECCIONES DEL MANUSCRITO El manuscrito debe ser dividido en siguientes secciones:
1.
las
Carta de Derechos de Autor
Es obligatorio presentar, junto con el manuscrito, una carta de derechos de autor firmada por el autor correspondiente en la que se declare: a) potencial interés de conflicto, b) reconocimiento de las contribuciones de los autores, c) reconocimiento de los organismos de financiación, y d) certificación de que el manuscrito se preparó de acuerdo con las "Instrucciones para Autores".
2.
Título
El título del manuscrito debe ser preciso y breve y no contener más de 120 carácteres. Los autores deben evitar el uso de abreviaciones no estandarizadas.
3.
Nombres y afiliaciones de los autores
4.
Resumen estructurado
5.
Palabras clave
Los nombres de los autores deben proporcionarse de acuerdo a previas citaciones o como los autores deseen que se publique, junto con su afiliación institucional, dirección postal, y dirección de correo electrónico. Debe proporcionarse un resumen, en español e inglés, el cual debe ser claro, conciso, sin tener más de 250 palabras, e incluir los subencabezados explicítos. Se debe evitar el uso de abreviaturas, así como referencias. Idealmente, cada resumen debe incluir los siguientes subencabezados: antecedentes, objetivo, métodos, resultados y discusión. Los autores deben proporcionar palabras clave en orden alfabético.
6.
hasta
6
Organización del texto
El texto principal debe iniciar en una página separada y debe estar dividida en página de título, resumen, y texto principal. El texto puede ser subdividido de acuerdo a las áreas a discutirse, las cuales deben seguirse de las secciones de Agradecimientos y Referencias. Los artículos de revisión deben mencionar cualquier revisión previa, reciente o antigua en el área y contener una discusión comprensiva iniciando con los antecedentes del área. Los autores deben evitar presentar material el cual haya sido publicado en revisiones previas. Se recomienda a los autores que comenten y discutan sus observaciones en una forma breve. Para los artículos de investigación, el manuscrito debe iniciar con una página de título y resumen seguido por el texto
principal, el cual debe estructurarse en secciones separadas, tales como Introducción, Metodología, Resultados, Discusión, Conclusión, Conflicto de Interés, Agradecimientos y Referencias. El estilo del manuscrito debe ser uniforme a través de todo el texto y debe utilizarse un tipo de letra de Times New Roman, tamaño 10. El término completo para una abreviación debe preceder su primera aparición en el texto, a menos que está sea una unidad de medida estándar. Las itálicas deben usarse para nombre binominales de organismos (Género y Especie) para énfasis y para palabras o frases no familiares. Las palabras no- asimiladas del latín u otras lenguas deben también mostrarse en itálicas e.g., per se, in vivo, in vitro, in situ, versus, in silico, et al., i.e., etc. Simbolos y Unidades: Los simbolos griegos y carácteres especiales a menudo sufren cambios de formato y corrompen o se pierden durante la preparación del manuscrito para su publicación. Para asegurase de que todos los caracteres especiales están incrustados en el texto, dichos carácteres deben insertarse como un simbolo que no sea resultado de otro estilo de formato, de otra manera ellos se perderan durante la conversión al PDF. Para los parámetros deben utilizarse únicamente símbolos del ISO. Todas las clases de medidas deben reportarse solamente en el Sistema Internacional de Unidades. Dichas unidades deben escribirse siempre en Romano y separase del valor numérico por un espacio.
7.
Conclusión
Debe proporcionarse un pequeño párrafo que resuma el contenido del artículo, y que presente el resultado final de la investigación o proponga un estudio adicional sobre el tema.
8.
Conflicto de Interés
Las contribuciones financieras y cualquier potencial conflicto de interés debe ser establecido. Los autores deben listar las fuentes de financiamiento para el estudio.
9.
Agradecimientos
Debe agradecerse a cualquier (individuo/compañía/institución) que haya contribuido substancialmente al estudio para contenido intelectual, o haya estado involucrado en la redacción o revisión del manuscrito.
10. Referencias Las referencias deben ser numeradas secuencialmente (entre corchetes) en el texto y listadas en el mismo orden numérico. Todas las referencias deben ser completas y precisas. Las citas en línea deben incluir la fecha de acceso. Los títulos de las revistas deben ajustarse a las actuales abreviaturas de Index Medicus. Es necesario listar todos los autores si el número total de autores es 6 o menos, y para más de 6 autores utilizan 6 autores y luego et al. Los números de referencia deben estar finalizados y la bibliografía debe estar completamente formateada antes de la presentación del artículo. Las referencias deben ser listadas en el siguiente estilo de Vancouver: Revista: [1] Anaya-Ruiz M., Perez-Santos M. Innovation status of gene therapy for breast cancer. Asian Pac J Cancer Prev 2015; 16(9): 4133-6. Libro: [2] Minev BR. Cancer Management in Man: Chemotherapy, Biological Therapy, Hyperthermia and Supporting Measures. 1st ed. Springer: New York 2011. Capítulo de libro: [3] Khandia R, Sachan S, Munjal AK, Tiwari R, Dhama K. Tumor Homing Peptides: Promising Futuristic Hope for Cancer Therapy. In: Rahman A, Zaman K, Eds. Topics in AntiCancer Research. Bentham; 2016; 43- 86.
Memoria de Congreso: [4] Moran GW, Leslie F, McLaughlin JT. Gut hormones and appetite dysregulation in Crohn's disease. The Proceedings of the Nutrition
Society, Malnutrition Matters, Joint BAPEN and Nutrition Society Meeting, Harrogate, UK,
November 2-3, 2011. Resumen de Congreso: [5] Moss R, Bothos J, Filvaroff E, Merchant M, Eppler S, Yu W, et al. Phase Ib doseescalation study of MetMAb, a monovalent antagonist antibody to the receptor MET, in combination with bevacizumab in patients with locally advanced or metastatic solid tumors.
American Society of Clinical Oncology - 10th annual meeting, Chicago, USA (2010). Sitio Web: [6] Organogenesis company website. Available at: www.organogenesis.com/products/bioac tive_woundhealing/apligraf.html. (Accessed on: January 4, 2011).
Tesis: [7] Lindh MB. Mechanisms determining efficacy of tyrosine kinase-targeting anti- cancer drugs. PhD thesis, Karolinska Institutet, Stockholm, Sweden, April 2011. Patente: [8] Cid-Monjaraz J, Reyes-Cortes JF. Motion control system for a direct drive robot through visual servoing. WO2016193781 (2016).
11. Tablas y Figuras Las tablas de datos y figuras deben enviarse en formato de Microsoft Word. Cada tabla y figura debe incluir un título que por si mismo explique los detalles incluidos en cada caso. Las tablas y figuras deben numerarse secuencialmente en Arábigo con el número de la tabla o figura en negrita seguida de un título. El título debe ser en minúsculas con la primera letra en mayúsculas. Las tablas y figuras deben insertarse al texto inmediato a su referencia en el texto.
POLÍTICA EDITORIAL Las siguientes políticas de publicación son aplicadas por Alianzas y Tendencias.
1. Revisión por pares Alianzas y Tendencias sigue el procedimiento de revisión por ciego sencillo. Todos los artículos enviados están sujetos a una extensa revisión por pares en consulta con miembros del consejo editorial de la revista y con árbitros externos independientes (generalmente tres revisores). Todos los manuscritos son evaluados rápidamente, y la decisión esta basada en todos los comentarios de los revisores, tomada por el editor en jefe de la revista quien transmite la decisión a los autores.
2. Revisión de textos y pruebas
Los artículos se deben escribir en español en un estilo claro y correcto a fin de mantener uniformidad a través del texto. Los artículos enviados son editados antes de su publicación.
3. Derechos de Autor Los artículos deben ser presentados por uno de los autores del manuscrito, y no deben ser presentados por nadie en su nombre. El autor principal/correspondiente deberá presentar una Carta de Derecho de Autor junto con el manuscrito, en nombre de todos los coautores (si los hubiere). El autor o autores confirmarán que el manuscrito (o parte de él) no ha sido publicado previamente o no está bajo consideración para su publicación en otro lugar. Además, cualquier ilustración, estructura o tabla que haya sido publicada en otro lugar debe ser reportada, y se debe obtener el permiso de copyright para la reproducción.
4. Apelaciones y Quejas
Los autores que deseen presentar una queja deben remitirla al Editor en Jefe de la revista. Las quejas al editor pueden ser enviadas a alianzasytendencias@correo.buap.mx 5. Conflicto de intereses Las contribuciones financieras a los trabajos que se informan deben ser claramente reconocidas, así como cualquier posible conflicto de intereses.
6. Prevención del Plagio Alianzas y Tendencias utiliza software libre para detectar casos de texto superpuesto y similar en los manuscritos enviados. Cualquier caso de superposición de contenido se examina más detenidamente por sospechas de plagio de acuerdo con las políticas editoriales del editor. Alianzas y Tendencias considera los siguientes tipos de plagio: i) reproducción de frases, ideas o hallazgos como propios sin el debido reconocimiento, ii) parafraseado pobre: copiar párrafos completos y modificar algunas palabras sin cambiar la estructura de las oraciones originales o cambiar la estructura de la oración pero no las palabras; iii) copiado literal de texto sin poner comillas y sin reconocer la obra del autor original; v) citación adecuada de una obra pero parafrasear mal el texto original (plagio no intencional).