biodegradación (microbiologia)

Universidad Autónoma de Zacatecas “Francisco

García Salinas”

Ciencias de la SaludUnidad Académica de Ciencias Químicas

Químico Farmacéutico Biólogo

Microbiología

Exposición “Biodegradacíon”

Docente:

M. en C. Rubén O. Méndez Márquez

Alumnos:José Alonso Barajas Prieto

Irvin Adrian Gaucin VillavicencioVíctor Yordani Martínez Balderas

Ada Lizeth Sarai Ortiz Hernández Ibette Salinas Ríos

5°C8-Noviembre-2011

BIODEGRADACIÓN

La biodegradación es la característica de algunas sustancias químicas de poder ser utilizadas como sustrato por microorganismos, que las emplean para producir energía y crear otras sustancias como aminoácidos, nuevos tejidos y nuevos organismos.

Cáscara de plátano: 2 a 10 días. Pañuelos hechos de algodón: 1 a 5 meses. Papel: 2 a 5 meses. Cáscara de naranja: 6 meses. Cuerda: 3 a 14 meses. Filtros de cigarrillos: 1 a 2 años. Estaca de madera: 2 a 3 años. Calcetines de lana: 1 a 5 años. Vasos de aislante térmico de poliestireno : 500 a 1000

años. Botella de vidrio: cerca de 4.000 años. Hierro: depende del tipo de hierro de 1 año a varios

millones de años.

BiodegradaciónNatural

Es el resultado de los procesos de digestión, asimilación y metabolización de un compuesto orgánico llevado a cabo por bacterias, hongos, protozoos y otros organismos.

Biodegradación Natural:

permite la eliminación de compuestos nocivos impidiendo su concentración, además es indispensable para el reciclaje de los elementos en la biosfera.

►Muchos de los microorganismos son los responsables del deterioro de diversos tipos de alimentos.

ALTERACIONES MORFOLOGICAS DE LOS ALIMENTOS.

PROTOZOOS IMPORTANTES EN ALIMENTOS

Mohos importantes en alimentos

Levaduras importantes en alimentos

GRUPO 1: POCO ÀCIDOS < = 5 GRUPO 2: ÀCIDOS 4,5 PH < 5

GRUPO 1 Y 2

GRUPO 3: ÀCIDOS 3,7 < = PH 4,5 GRUPO 4 : MUY ÀCIDOS PH 3 Y 7

GRUPO 3 Y 4

Biodegradación Compuestos Xenobióticos

Y Evolución Microbiana

¿Qué es un compuesto Xenobiótico?

Es todo compuesto químico que no forma parte de la composición de los organismos vivos.

El principal problema con respecto a productos químicos fueron los pesticidas clorados, siendo el de mayor importancia el DDT.

Dos características de los pesticidas clorados que conducen a un gran perjuicio son su resistencia a la biodegradación y su hidrofobia.

Biodegradación de pesticidas

La tendencia de los pesticidas clorados a su gran reparto entre el suelo y tejidos grasos fue anteriormente reconocida como uno de los aspectos de su resistencia a la biodegradación por microorganismos.

La estructura química de los pesticidas clorados los convierte además, en escasamente susceptibles a reacciones de trasformación biológica, especialmente en condiciones aerobias.

Los pesticidas clorados son muy resistentes a la trasformación en condiciones aerobias, pero no tanto a las condiciones anaerobias.

Los pesticidas basados en fósforo son en general muy tóxicos, pero expuestos al agua se hidrolizan bastante rápido de forma química o mediante enzimas.

Los pesticidas de carbamato se transforman rápidamente en el medio ambiente mediante hidrólisis.

Los pesticidas de s-triacina son biodegradables.

Ciclo de un pesticida

Existen tres tipos básicos de detergentes sintéticos: aniónicos, catiónicos y no iónicos.

Los detergentes no iónicos no están ionizados y su solubilidad depende de polímeros de óxido de etileno unidos a un extremo hidrófobo que disuelve las grasas.

Detergentes sintéticos

Los hidrocarburos son biodegradables de forma aerobia. Sin embargo, la tasa de biodegradación aerobia depende de la complejidad de la molécula.

Biodegradación de Hidrocarburos

Los compuestos BTEX son tóxicos y más solubles en agua que el resto de los hidrocarburos de la gasolina.

Estos compuestos se biodegradan en condiciones aeróbicas.

BTEX y MTBE

Los PAH se forman por la combustión incompleta de materia orgánica, de forma natural, y por actividad humana.

Los PAH son biodegradables en condiciones aerobias.

Hidrocarburos aromáticos policíclicos

Los compuestos aromáticos clorados comprenden bencenos clorados de anillo único, fenoles, clorados y benzoatos clorados y compuestos de dos anillos, como los difenilos policlorados.

Los compuestos de anillo único son fácilmente biodegradables y sirven como sustratos primarios para energía de organismos y crecimiento en condiciones aerobias.

Hidrocarburos aromáticos clorados

Los principales explosivos son: TNT, RDX y HMX. Una característica de ellos es la presencia de grupos nitroso (- NO2) en la molécula.

La transformación del TNT produce generalmente la reducción de un grupo nitroso para formar un grupo amino.

Biodegradación de Explosivos

Los productos de transformación amínica están sometidos a interacciones posteriores entre sí y con compuestos del suelo, formando complejos estables mediante enlaces covalentes. Los productos que se forman son grandes e insolubles. Por ello la desaparición del TNT se observa a menudo en entornos biológicamente activos, pero no se produce corrientemente la mineralización.

El RDX es más fácilmente mineralizable que el TNT y no está sometido a procesos de transformación parcial.

La transformación biológica del HMX se produce principalmente en condiciones anaerobias.

Los procesos microbianos pueden afectar a la evolución de los contaminantes del medio ambiente inorgánicos. Aunque no se pude destruir a los elementos inorgánicos, los microorganismos pueden cambiar su especificidad de tal forma que sean señaladamente alteradas su movilidad y toxicidad.

Elementos Inorgánicos

Uno de los métodos por los que los microorganismos pueden reducir concentraciones de elementos inorgánicos en el agua es mediante inmovilización en la biomasa de microbios, o exopolímeros microbianos.

las transformaciones biológicas también pueden ocasionar el efecto inverso, ocasionado que sean más móviles, más dispersos y más tóxicos.

Evolución Microbiana

El campo de la ecología microbiana ha experimentado cambios revolucionarios en estos últimos años, debido al impacto de las nuevas tecnologías de la biología celular y molecular.

Como resultado de procesos de mutación y de recombinación genética, que actúan en un ambiente de constante selección.

La diversidad microbiana refleja la variedad fisicoquímica de los hábitats adecuados para la vida en la Tierra.

Los microorganismos constituyen el principal componente de biodiversidad, pero se requiere unas herramientas (avances tecnológicas e intelectuales) apropiadas para cuantificar esta diversidad, tanto en "modelos" como en las comunidades naturales.

Biodegradación De Polímeros Sintéticos Y

La Crisis De Los Vertederos

Actualmente la industria del plástico produce alrededor de 165.000 millones de kilos de plástico y un 40% de dicha cantidad va a parar a los vertederos.

LOS RESIDUOS SOLIDOS:

Hoy en día se sabe que muchos polímeros sintéticos muy recalcitrantes a la degradación microbiana, permanece décadas en los vertederos.

Se ha conseguido algunas mejoras en este tema como:

Plásticos fotodegradables

Plásticos que llevan incorporado almidón

Plásticos de origen microbiano

CON

POLIMEROS BACTERIANOS BIODEGRADABLES

SON POLIMEROS DE RESERVA PRODUCIDOS POR MICROORGANISMOS

Poli-β-hidroxialcanoatos

En una planta industrial de Billingham, en Inglaterra el gigante britanico imperial chemical industries (ICI) Está produciendo PHA y comercializando el material como polímero para envases utilizando a la bacteria Alcaligenes eutrophus alimentada con glucosa.

Obtienen rendimientos superiores al 80 % de peso seco de un copolimero.

Plásticos bacterianos Hace referencia a un nuevo y apasionante campo de

investigación que estudia la síntesis natural de polímero bacteriano. Como el poli-β-hidroxibutirato que es un material lipidio de reserva , que se utiliza para hacer materiales de embalaje basados en plástico.

La investigación sobre la producción de PHB demuestra que la naturaleza química exacta del polímero producido por una bacteria puede ser controlada variando el sustrato utilizado para su cultivo:

Por ejemplo:En algunas bacterias:

El acetato y el butirato determinan la producción de poli-β-hidroxibutirato (C4)

El caproato lleva a la producción de un polímero que contiene (C6)

El valeriato lleva a la producción de un polímero que contiene (C5)

También pueden sintetizar copolimeros

Los plásticos de origen bacteriano son muy atractivos porque se ha demostrado su rápida biodegradabilidad tanto en condiciones aeróbicas como en medios anoxicos. Su uso podría ser una solución a falta de espacios para nuevos vertederos.

Biodegradación del petroleoBiodegradable:Producto o sustancia que puede descomponerse en sus elementos químicos que lo conforman. Mediante la acción de agentes:1.-Plantas 2.-Animales 3.-Microorganismos 4.-Hongos

Biodegradación

Características de algunas sustancias químicas de poder ser utilizadas como sustrato por microorganismos que lo emplean para producir energía (mediante respiración celular) y crear otras sustancias como aminoácidos , nuevos tejidos y nuevos organismos .Puede emplearse en la eliminación de ciertos contaminantes:1.-Desechos orgánicos .2.-Hidrocarburos (petróleo).

CAUSAS MAS PROBABLES

DE CONTAMINACION

1.- Derrames.2.-Talleres de automotores (liberan al aire libre los derivados de petróleo)

Hidrocarburos saturados

(Parafinas) Compuestos constituidos solamente por

Átomos de carbono e hidrogeno

Saturado : cada átomo de carbono se encuentra unido a cuatro átomos de carbono.

Resinas(epoxis o poliepoxidos )

Agente termoestable que se endurece con un agente

catalizador.

Asfáltenos: resultan de la destilación fraccionadas Del petróleo crudo representa los compuestos

mas pesados y por tanto los de mayor punto de

ebullición.

asfalteno+maleno=asfalto

Hidrocarburos saturados ,Hidrocarburos aromáticos, Resinas y asfáltenos

Bacillus circulans• Perteneciente a la microflora del suelo • Desagradan asfáltenos pero no resinas • MAYOR CRECIMIENTO ,MAYOR PRODUCCION DE BIOMASA

Pseudomonas aeruginosa• Presenta mayor resistencia a ambientes agresivos, capacidad nutricional para mineralizar gran variedad de hidrocarburos del petróleo .

• Degrada tanto compuestos alifáticos como aromáticos y poliaromaticos en condiciones aerobias microaerófilas y desnitrificantes.

Los microorganismos de estudio son de los géneros Bacilos y Pseudomonas

a)Modificados genéticamente para que no causen patogenecidad.

b) se debe tratar de encontrar un microorganismo que degrade a los contaminantes, pues hay métodos que eliminan contaminantes pero producen algo peor. 

Algunos microorganismos son capaces de crecer a expensas de algún hidrocarburo(Diesel).

Los microorganismos producen una enzima que degrada o rompe algún enlace molecular de los compuestos y los utiliza como fuente de carbono.

Lo que para todos es un contaminante, para el microorganismo es un alimento, ya sea la molécula completa o parte de ella; o la actividad propia del microorganismo en el ambiente tiene la capacidad colateral de actuar sobre la molécula indeseable, aunque no la pueda utilizar, pero la modifica para que otro microorganismo, que exista en el mismo medio la utilice.

Consideraciones

Objetivos de algunos estudios:

1.- Implementar una tecnología.

2.- Obtención de

microorganismos.

3.- biorremediacion.

Principales retos a los que se enfrentan los investigadores

ACTUACION Y FACTIVILIDAD

DE USO DE UN

MICROOGANSIMO

MICROORGANISMOS

EVOLUCIONADOS

GENETICAMENTE

Temperatura

Biorremediación

La biorremediación es una tecnología que utiliza el potencial metabólico de los microorganismo (fundamentalmente bacterias, pero también hongos y levaduras) para transformar contaminantes orgánicos en compuestos más simples poco o nada contaminantes, y, por tanto, se puede utilizar para limpiar terrenos o aguas contaminadas.

Tipos de biorremediación

Este tipo de degradación consiste en el empleo de enzimas en el sitio contaminado con el fin de degradar las sustancias nocivas.

Degradación enzimática

Se aplican grupos de enzimas que hidrolizar (rompen) polímeros complejos para luego terminar de degradarlos con el uso de microorganismos.

►Un ejemplo lo constituyen las enzimas lipasas que se usan junto a cultivos bacterianos para eliminar los depósitos de grasa procedentes de las paredes de las tuberías que transportan los efluentes. 

►Otras enzimas que rompen polímeros son las celulosas, proteinasas y amilasas, que degradan celulosa, proteínas y almidón, respectivamente.

►Existen enzimas capaces de degradar compuestos altamente tóxicos en donde los microorganismos no pueden desarrollarse debido a la alta toxicidad de los contaminantes.

Remediación microbiana

En este tipo de remediación se usan microorganismos directamente en el foco de la contaminación. Los microorganismos utilizados en biorremediación pueden ser los ya existentes en el sitio contaminado o pueden provenir de otros ecosistemas, en cuyo caso deben ser agregados o inoculados.

Los microorganismos que pueden degradar compuestos tóxicos para el ambiente y convertirlos en compuestos inocuos o menos tóxicos, se aprovechan en el proceso de biorremediación. De esta forma, reducen la polución de los sistemas acuáticos y terrestres. 

Remediación con plantas (fitorremediación)

Constituye una estrategia muy interesante, debido a la capacidad que tienen algunas especies vegetales de absorber, acumular y/o tolerar altas concentraciones de contaminantes como metales pesados, compuestos orgánicos y radioactivos.

Tipos de fitorremediación, en donde se indica la zona de la planta en donde ocurre el proceso.

La fitorremediación ofrece algunas ventajas y desventajas frente a los otros tipos de biorremediación:

Ventajas:• Las plantas pueden ser utilizadas como bombas extractoras

de bajo costo para depurar suelos y aguas contaminadas.• Algunos procesos de degradación ocurren en forma más

rápida con plantas que con microorganismos.• Es un método apropiado para descontaminar superficies

grandes o para finalizar la descontaminación de áreas restringidas en plazos largos.

Limitaciones:• El proceso se limita a la profundidad de penetración de las

raíces o aguas poco profundas.• Los tiempos del proceso pueden ser muy prolongados.• La biodisponibilidad de los compuestos o metales es un factor

limitante de la captación.

REFERENCIAS

http://www.porquebiotecnologia.com.ar/educacion/cuaderno/ec_36.asp?cuaderno=36

http://ingenierosdeminas.org/docu/documentos/fundamentos_%20biorremediacion.pdf

http://www.cricyt.edu.ar/enciclopedia/terminos/Biodegrada.htm

http://congress.cimne.com/zns09/admin/files/filepaper/p422.pdf

http://www.todoenplastico.com/noticias/noticia.asp?id_noticia=34

http://www.santafe-onicet.gov.ar/servicios/comunica/petroleo.htm

http://www.cricyt.edu.ar/enciclopedia/terminos/HidrocBiod.htm

http://www1.serbi.luz.ve/ojs-.3.4/index.php/bcib/article/view/142

GRACIAS!!

Por su atención