Todos os Direitos Reservados ao Grupo NICOLE Latin America 2019

Conceptos Básicos de Biodegradación y

Aplicaciones

Paola Barreto, JacobsMichaye McMaster, GeosyntecCarol Mowder, JacobsJames Henderson, Corteva

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• Conceptos Básicos• Principales Mecanismos de BiodegradaciónOxidación AeróbicaCometabolismo AeróbicoOxidación AnaeróbicaDeclorinación Reductiva

• Tecnologías Innovadoras• Herramientas Biológicas Moleculares

Agenda

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Bacteria Eukarya

Archae

El Árbol de la Vida

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O2COMERRESPIRAR

O2

RESPIRARHamburguesa, ceviche, filetede carne, etc.

COMER

Todos Necesitamos…

Hamburguesa, ceviche, filetede carne, etc.

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COMERRESPIRAR

--2

O2

RESPIRARHamburguesa, ceviche, etc.

COMER

Todos Necesitamos…

O2

NO3, Fe+3, Mn+4

SO4

Contaminantes

Compuestosorganicos (azucares, alcoholes o metano)Contaminantes

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Por Qué Necesitamos Comer y Respirar?

Energía!

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La Torre de Electrones

-163 kJ

-237 kJ

Aeróbico

Anóxico

Anaeróbico

Energia Libre de Gibbs ORP : es una medida

de la tendencia de especies químicas a adquirir electrones

Energia Libre de Gibbs: trabajodisponible. Expresa el grado de espontaneidad de una reacción

Donador de electrones

-0.43 eV CO2/Glucosa

-0.42 eV 2H+/H2

-0.38 eV CO2/Metanol

-0.32 eV NAD+/NADH

-0.28 eV CO2/Acetato

Aceptor de electrones

-0.22 eV SO4-2/H2S

+0.20 eV Fe+3/Fe+2

+0.42 eV NO3-/NO2

-

+0.82 eV O2/H2O

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• Tecnologías Innovadoras• Herramientas Biológicas Moleculares

Agenda

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Benceno

O2

CO2

+

H2O

• Microorganismos ganan energía y una fuente de carbono

• Una gran variedad de microorganismos pueden llevar a cabo estos procesos de oxidación

• Actividad tiende a ser ubicua. Por lo general bioaumentación no es requerida.

• Actividad puede ser estimulada con la adición de oxígeno

Oxidación Aeróbica

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Propano

O2

CO2+

H2O

Cometabolismo Aeróbico

CO2 + H2O + Cl-

TCE

• Oxidación fortuita de COVs por bacterias que crecen aeróbicamente en ciertos donadores de electrones Metano, etano, propano,

butano

Tolueno, fenol

• Microorganismos no ganan energía de la biodegradación fortuita de COVs

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Mn4+

NO3-

Fe3+

SO42-

CO2 + H2

Tolueno

Mn2+

N2

Fe2+

S2-

CH4

CO2+

H2O

• Microorganismos ganan energía y una fuente de carbono

• Compuestos inorgánicos diferentes de O2 sirven como aceptores de electrones (e.g., NO-

3 , SO4-2)

• Aplica a BTEX/ hidrocarburos, solventes clorados (1,2-DCA, DCM)

Oxidación Anaeróbica

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Donadorde

electrones

TCE

Eteno+

Cl-

H2

Declorinación Reductiva• Es el reemplazo de

átomos de cloro por átomos de hidrógeno

• Ocurre bajo condiciones anaerobicas

• COVs = aceptores de electrones

• Compuestos orgánicos simples o H2 = donadores de electrones

• Aplica a la mayoría de solventes clorados

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Agenda

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Bioremediaciones Típicas

Biosparging Sistemas de inyección y recirculación de donor de electrones

Bioreactores Humedales

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Reactor Biogeoquímico Subterráneo(SBGR)

La remoción de contaminantes ocurre a través de:

Remoción física durante la excavación

Declorinación biótica y abiótica en el reactor

Declorinación biótica y abiótica en la zona de influencia del reactor

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Agenda

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Herramientas Biológicas Moleculares

Cómo?Necesidad de evaluar:• Potencial de bioremediacion• Desempeño de bioremediacion• Atenuación natural

Qué son? Herramientas que caracterizan “biomarcadores”: Secuencias específicas de ácidos nucleicos, péptidos, proteínas o lípidos.

Qué información obtenemos? • Identificación y cuantificación de

microorganismos presentes.• Actividad microbiana in-situ.

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Dogma Central de Biología Molecular

ADN ARN Proteina

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Qué Preguntas Quieres Responder?ADN y ARN

Los microorganismos claves están presentes?

Sus genes están siendo expresados?

Qué otros grupos de microorganismos están presentes?

Cuantificar la población microbiana?

Proteínas Qué tan activos son los

microorganismos?

Fosfolípidos Qué otros grupos de

microorganismos están presentes?

Cuantificar la población microbiana?

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ADN y ARN: qPCR y Secuenciamiento

Colecta de muestras

Groundwater, soil, or Bio-Trap samplers collected

and shipped overnight on ice (4c)

Extracción de ADN/ARN

Amplificación y Secuenciamiento

Resultados

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Fosfolípidos: Análisis de PLFA

Colecta de muestras

Groundwater, soil, or Bio-Trap samplers collected

and shipped overnight on ice (4c)

Extracción de fosfolípidos

Análisis con GC-FID

Resultados

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Proteinas: Análisis de Proteinas

Colecta de muestras

Groundwater, soil, or Bio-Trap samplers collected

and shipped overnight on ice (4c)

Extracción de proteinas

Análisis con LC-MS

Resultados

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La naturaleza es sabia

Muchas gracias!