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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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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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• Conceptos Básicos• Principales Mecanismos de BiodegradaciónOxidación AeróbicaCometabolismo AeróbicoOxidación AnaeróbicaDeclorinación Reductiva
• Tecnologías Innovadoras• Herramientas Biológicas Moleculares
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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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• Conceptos Básicos• Principales Mecanismos de BiodegradaciónOxidación AeróbicaCometabolismo AeróbicoOxidación AnaeróbicaDeclorinación Reductiva
• Tecnologías Innovadoras• Herramientas Biológicas Moleculares
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!