Caracterización de la resistencia a metales de una colección bacteriana aislada del yacimiento niquelífero de Moa (Cuba) y sus potencialidades en la biorremediación ambiental de sitios contaminados por metales pesados

Resumen

La contaminación por metales pesados constituye un problema mundial. Estos elementos no son biodegradables, por lo que representan una amenaza para la vida en los ecosistemas. Los microorganismos resistentes a metales poseen sistemas genéticos que les permiten sobrevivir en presencia de altas concentraciones de estos elementos, por lo que presentan potencialidades en el diseño de bioprocesos ambientales. Esta temática es de importancia para Cuba, ya que la industria niquelífera constituye uno de los principales renglones de su economía. Esta genera grandes volúmenes de residuales con cantidades apreciables de metales aún utilizables con un severo impacto ambiental. Las cepas AC-4, ANic11, A7, A16, A19, 16 y 19, pertenecientes a la colección bacteriana del Laboratorio de Biotecnología de los metales de la Facultad de Biología de la Universidad de La Habana, fueron aisladas del yacimiento niquelífero de Moa (Cuba) (Gómez, 2000). Estas fueron identificadas mediante taxonomía polifásica como nuevas cepas de Serratia marcescens. La ausencia de la capacidad de síntesis del pigmento prodigiosina y la enzima tetrationato reductasa, así como el patrón de utilización de fuentes de carbono, permitió su clasificación como nuevos biotipos dentro de esta especie bacteriana. El 100% de las cepas mostró la capacidad de producir exopolisacáridos y sustancias bioactivas (ADNasa, gelatinasa, lipasa, proteasa y hemolisina), así como de solubilizar fósforo inorgánico. Los valores de concentración mínima inhibitoria de Ni(II) (hasta 25 mM) y Co(II) (hasta 12 mM) en medio mínimo Tris, permitieron catalogar a las cepas como altamente resistentes a Ni(II) y Co(II). Igualmente se demostró resistencia a Cu(II) (2,0 mM) y Zn(II) (7,5 mM). El mecanismo de resistencia a Ni(II) y Co(II) es inducido por la presencia de estos iones en seis de las cepas estudiadas y se expresa constitutivamente en las cepas S. marcescens A16 y 16, frente a iones Co(II) y en la cepa A16 frente a Ni(II). A partir de la amplificación mediante PCR del fragmento ncrAB del determinante genético ncrABC y la digestión con enzima de restricción NcoI, se evidenció la presencia del mismo en el 100% de las cepas. El gen ncrC fue amplificado a partir del ADN genómico de la cepa C-1 y clonado en Escherichia coli. El análisis de la secuencia de la proteína NcrC demostró que presenta homología con transportadores de Ni(II) y Co(II) de la familia NiCo. Ninguna de las cepas estudiadas mostró presencia de plásmidos de peso molecular entre 100 pb y 10 kb, por lo que la resistencia a metales debe estar codificada en el cromosoma bacteriano. Las cepas S. marcescens C-1, 16 y 19, mostraron la capacidad de bioadsorber iones Ni(II) y Co(II) a diferentes concentraciones, y los datos experimentales se ajustan al modelo de Langmuir. La aplicación del diseño de experimentos empleando la modelación de curvas de superficie de respuesta, permitió determinar las condiciones óptimas del proceso de bioadsorción de Ni(II) y Co(II) para cada una de estas cepas. Adicionalmente, la biomasa de S. marcescens 16 mostró la capacidad de bioadsorber Cu(II) y Zn(II) en soluciones monometálicas, así como Ni(II), Co(II), Cu(II) y Zn(II) en soluciones multimetálicas. Los sitios activos que participan en la interacción con estos iones forman parte de los grupos hidroxilo, amino, carboxilo, fosfato, amida y nitrilo presentes en la superficie celular. La aplicación del proceso de bioadsorción por la biomasa de la cepa 16 a escala de biorreactor, demostró la remoción del 36% de Co(II) y de más del 50% de Ni(II), Cu(II) y Zn(II) presentes en soluciones multimetálicas, lo que evidencia sus potencialidades de aplicación en la biorremediación de efluentes contaminados.