Idiomarina loihiensis mah1estudios de su capacidad carbonatogenica y de fijacion de lantanidos y actinidos

Resumen

1- Caracterización de la Cepa MAH1 La cepa MAH1 ha sido caracterizada completamente mediante el uso de diversas pruebas. Se ha estudiado entre otras características su composición en ácidos grasos, crecimiento bajo diferentes condiciones, utilización de diferentes sustratos, resistencia a antibióticos, actividades enzimáticas presentes, secuencia del gen ARN 16s, hibridación ADN-ADN y contenido en G+C. Los resultados obtenidos muestran que la cepa estudiada es una cepa de la especie Idiomarina loihiensis. 2- Producción de estruvita y Ca-Mg kutnahorita por Idiomarina loihiensis MAH1 en condiciones de salinidad de agua de mar La capacidad de producir minerales de la bacteria I. loihiensis MAH1 y de otras especies relacionadas (I. abyssalis, I. báltica y I. loihiensis) se ensayo en medio MM (triptona, extracto de levadura, y agua de mar) y en medio MB (Marine Broth, Difco). Las cuatro cepas ensayadas produjeron la precipitación de diferentes tipos de minerales. La naturaleza de los minerales precipitados se estudio mediante microscopia SEM acoplado a microanálisis EDX y mediante difracción de Rayos X. En las cuatro cepas estudiadas los minerales resultaron ser estruvita, monohidrocalcita y Ca-Mg kutnahorita, en diferentes proporciones según la cepa estudiada. 3- Estudios sobre la interacción del uranio con Idiomarina loihiensis MAH1 Entre otras cosas se ha estudiado (a) la cinética de adsorción e isotermas a pH 2, 3 y 4,3 y (b) la captación y fijación de uranio a nivel celular, usando microscopía electrónica de transmisión de alta resolución, acoplada con microanálisis mediante dispersión de energía de rayos X y (c) la especiación del uranio fijado mediante EXAFS y TRLFS a los 3 pHs ensayados. Además se estudio la localización del uranio y la especiación en muestras preparadas usando como solución de contacto, entre el metal y la bacteria, agua de mar, como una aproximación a lo ocurrido en ambientes naturales. Las muestras a diferentes pHs se prepararon usando una solución de contacto de perclorato sódico. Los resultados encontrados indican que, en cuanto a la resistencia al uranio, esta raza es tolerante a concentraciones de 4mM, siendo esta concentración igual o superior a la tolerancia presentada por bacterias aisladas de zonas contaminadas por uranio. En relación a la cinética e isotermas de adsorción, se alcanzan niveles de captación cercanos a 197 mg de uranio por gramo de biomasa cuando se trabaja a pH 4,3 La localización celular del uranio a pH 4,3 ocurre a varios niveles: en el EPS, en la pared y en el citoplasma, presentando forma acicular en estos dos últimos casos. A pH 3 se localizo en la pared celular y en el interior. La espectroscopia EXAFS y TRLFS para los estudios en perclorato sódico dieron como resultado que a los 3 pHs ensayados el uranio se encuentra unido principalmente a grupos fosfatos y a grupos carboxilo. Las muestras estudiadas por TRLFS en condiciones similares a ambientes naturales de esta bacteria, indican la posible implicación de esta bacteria en la precipitación de carbonatos y fosfatos de uranio. 4- Especiación del lantano y europio en I loihiensis MAH1 El lantano y el europio (perteneciente al grupo de los lantánidos) se han elegido como análogo inactivo de los actínidos trivalentes (Curio, Americio, etc.), presentes en los desechos radioactivos resultantes de las industrias nucleares cuyos vertidos, en ocasiones, van a parar al mar. Para llevar el estudio de la interacción del lantano y el europio con la bacteria I. loihiensis MAH1 se ha usado una metodología multidisciplinar, al igual que en el capitulo anterior, combinando estudios de tolerancia y bioadsorción, con microscopia electrónica de transmisión de alta resolución (HREM) y microanálisis por energía dispersiva de rayos X (EDX) y difracción de electrones y espectroscopia por TRLFS Los estudios de adsorción del lantano por la cepa MAH1 han puesto de manifiesto que la cantidad máxima del metal adsorbido (unos 55 mg por gramo de biomasa seca) se alcanza transcurridas las primeras horas de contacto. En cuanto a su tolerancia en medios sólidos, es de 8 mM. Este alto grado de tolerancia podría estar asociado con su capacidad de acumular este lantánido en forma de fase mineral cristalina, principalmente alrededor de la pared celular y dentro de las redes del EPS, como se ha puesto de manifiesto mediante HREM, EDX y difracción de electrones. La fase mineral precipitada resulto ser un fosfato de lantano. Por otro lado la localización del europio por HREM resulto ser en la pared y en el EPS salvo a pH 2 en el que fue solo en la pared. También se estudio la localización del europio en muestras preparadas en una solución de contacto de agua de mar, en este caso se localizo en la pared y en el EPS. La espectroscopia TRLFS mostro la implicación de grupos carboxilo en la especiación del europio en las muestras preparadas en perclorato sódico, mientras que en muestra preparadas en agua de mar es posible la implicación de esta bacteria en la formación de carbonatos de europio. Conclusiones 1. Atendiendo a los resultados obtenidos en la caracterización tanto fenotípica como genotípica de la cepa MAH1, podemos concluir que esta bacteria es una cepa perteneciente a la especie Idiomarina loihiensis, que se ha denominado Idiomarina lohiensis MAH1. 2. Por primera vez se ha descrito la capacidad de biomineralización de una bacteria del género Idiomarina en condiciones de aguas de mar. En concreto se ha visto que puede producir estruvita, Ca-Mg kutnahorita y monohidrocalcita. 3. La precipitación de Ca-Mg kutnahorita, un carbonato rico en magnesio del grupo de la dolomita, por Idiomarina loihiensis MAH1, supone la obtención de este mineral por primera vez en condiciones de salinidad de agua de mar, lo que es de notable interés de cara al conocido como problema de la dolomita. 4. Tras un amplio rastreo bibliográfico, se concluye que este es el primer trabajo que investiga la especiación del uranio y europio con una bacteria marina en condiciones similares a las del agua de mar mediante la técnica de espectroscopia TRLFS. 5. Los mecanismos moleculares de la interacción entre el uranio (VI) y europio (III) con la cepa MAH1 se ven notablemente afectados por la composición en electrolitos de la solución en la que se lleva a cabo: perclorato sódico o agua de mar. 6. Los datos sobre la interacción del uranio con I. loihiensis, cuando el experimento se realiza usando como solución de contacto perclorato sódico, demuestran que la bacteria posee una buena capacidad de acumular uranio mediante la unión de este radionucléido a sus grupos carboxilo y fosfato, presentes tanto en la pared como en el EPS. Además, y mediante la espectroscopia por EXAFS, se concluye que la especiación de uranio asociada a las células de la cepa MAH1 es dependiente del pH de la solución del metal. Para el europio, en las mismas condiciones, los datos de especiación obtenidos sugieren que para este lantánido la interacción se produce mediante los grupos carboxilo presentes tanto en la pared celular como en el EPS. 7. De acuerdo con los resultados obtenidos del estudio mediante TRLFS de las muestras de la bacteria incubada en presencia de uranio (en condiciones simuladas de agua de mar), y que ponen de manifiesto la presencia de carbonatos y/o fosfatos, se puede sugerir la posible implicación de las bacterias del genero Idiomarina en el ciclo biogeoquímico de este actínido, así como en la inmovilización de este elemento en el agua de mar 8. Con respecto al europio se concluye que esta bacteria podría estar implicada en su biomineralización provocando la precipitación de carbonatos de europio. 9. Teniendo en cuenta la posible implicación de la bacteria estudiada en la precipitación de carbonatos de europio en condiciones simuladas de agua de mar se puede sugerir, al igual que en el caso del uranio, la implicación de las bacterias del genero Idiomarina en el ciclo biogeoquímico de este lantánido y en su inmovilización en el agua de mar. 10. Este trabajo pone de manifiesto la importancia de profundizar en los estudios de las interacciones metal/bacteria en condiciones que sean similares a las ambientales, y no limitarse a sistemas simples como puede ser el perclorato sódico, para poder entender el papel desempeñado por las bacterias en los procesos geomicrobiológicos de estos elementos. La tesis ha sido financiada a traves los proyectos CGL2007-61489/BOS y CGL2010-19945 del Ministerio de Ciencias e innovacion