Diversidad bacteriana asociada a una planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) y estudio de microorganismos presentes involucrados en la degradación de ácidos grasos

Abstract

The operation of wastewater treatment technologies depends on a combination of physical, chemical and biological factors and have to overcome several obstacles to degrade, adsorb and precipitate inorganic nutrients and organic pollutants. Microorganisms present in wastewater play essential roles in the degradation and removal of organic waste and xenobiotic pollutants. Removal of organic pollutants in the form of fats, oils and greases is a demanding procedure in wastewater treatment. Microbial lipases have distinctive industrial attention because of their stability, broad substrate specificity, high yields, regular supply and rapid growth of the enzyme-producing microorganisms. However, under certain conditions, they can catalyze other synthetic reactions like transesterification making of them an environmentally relevant class of enzymes, contributing to the improvement of wastewater treatment and biofuel synthesis. In Colombia, wastewater bacterial community studies have been focused on cultivable populations and to our present knowledge, there is little information regarding the general bacterial communities that inhabit these ecosystems. In this study, culture-dependent, molecular analysis and enzymatic methods were used to estimate bacterial diversity, monitor temporal and spatial bacterial community changes and screen for lipolytic microorganisms with bioremediation potential present in the wastewater. TTGE revealed predominant bands with affiliations to bacterial families Acetobacteraceae, Bacillaceae, Prevotellaceae, Pseudomonadaceae and Veillonellaceae. Bacterial and fungal isolates had affiliations to the genera Cronobacter, Leclercia, Enterobacter, Klebsiella, Bacillus, Enterococcus, Escherichia, Kosakonia, Serratia, Chromobacterium, Mucor and Trichoderma. Several bacterial and fungal isolates tested positive for lipase enzyme production by qualitative and quantitative methods. To the best of our knowledge, this is the first report for lipase and transesterification activities in the genus Kosakonia and the species K. oryzae. Our results indicate that there is a wide diversity of aerobic Gram-negative bacteria inhabiting the different sections of the WWTP, which possibly reflect the ecological condition, functioning and general efficiency of the WWTP in Colombia.

Resumen: la operación de tecnologías de tratamiento de aguas residuales depende de una combinación de factores físicos, químicos y biológicos. Dichas tecnologías deben superar varios obstáculos para degradar, adsorber y precipitar nutrientes inorgánicos y contaminantes orgánicos. Los microorganismos presentes en el agua residual desempeñan papeles esenciales en la degradación y eliminación de residuos orgánicos y contaminantes xenobióticos. La eliminación de contaminantes orgánicos en forma de grasas y aceites es uno de los procedimientos de mayor reto en el tratamiento de aguas residuales. Las lipasas microbianas atraen un especial interés industrial debido a su estabilidad, amplia especificidad de sustrato, altos rendimientos, suministro regular y rápido crecimiento de microorganismos productores en medios de bajo costo. Sin embargo, bajo ciertas condiciones, las lipasas pueden catalizar otras reacciones sintéticas como transesterificación lo que las convierte en una clase de enzimas relevantes para el medio ambiente, contribuyendo a la mejora del tratamiento de aguas residuales y la síntesis de biocombustibles. En Colombia, los estudios de comunidades bacterianas presentes en aguas residuales se han centrado en poblaciones cultivables y a nuestro conocimiento existe poca información respecto a las comunidades bacterianas generales que habitan estos ecosistemas. En este estudio, se utilizaron métodos dependientes de cultivo, análisis moleculares y métodos enzimáticos para estimar la diversidad bacteriana, monitorear los cambios temporales y espaciales de las comunidades bacterianas y buscar microorganismos lipolíticos con potencial para biorremediación presentes en el agua residual. Las bandas predominantes del TTGE tuvieron afiliación a las familias bacterianas Acetobacteraceae, Bacillaceae, Prevotellaceae, Pseudomonadaceae y Veillonellaceae. Las bacterias y hongos aislados tienen afiliaciones a los géneros Cronobacter, Leclercia, Enterobacter, Klebsiella, Bacillus, Enterococcus, Escherichia, Kosakonia, Serratia, Chromobacterium, Mucor y Trichoderma. Varios aislados bacterianos y fúngicos dieron positivo para producción de enzima lipasa por medios cualitativos y cuantitativos. Hasta la fecha, este es el primer informe de actividades lipasa y de transesterificación en el género y la especie Kosakonia y K. oryzae. Nuestros resultados indican que existe una amplia diversidad de bacterias aerobias Gram-negativas que habitan en las distintas secciones de la PTAR, que posiblemente reflejan el funcionamiento, condición ecológica, y eficiencia general de la PTAR en Colombia