Dra. en C. Rosa Salgado Britosalgadobritorosa@gmail.com

rsalgado@usb.edu.mx

Importancia de la biodegradación bacterianade hidrocarburos del petróleo

Petróleo

Petróleo

crudo MayaTomado de Engineering Environmental Engineering "Biodegradation

Engineering and Technology", book edited by Rolando Chamy and

Francisca Rosenkranz, ISBN 978-953-51-1153-5.

https://www.intechopen.com/books/biodegradation-engineering-and-

technology/crude-oil-biodegradation-in-the-marine-environments

Importancia del petróleo

Plástico

Telas

Neumáticos

Esencias de

Perfumes Colorantes Detergentes Medicamentos Insecticidas Fertilizantes

Explosivos

Pinturas

Pinturas

Productos

derivados del

petróleo

Contaminación ambientalExpropiación y transporte de petróleo

Tomada de: Environ Sci Technol. 2011 Aug 15; 45(16): 6709–6715.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3155281/figure/fig1/

Posibles causas de derrames de petróleo

e hidrocarburos

Posibles soluciones a la contaminación

debida a derrames de petróleo y derivados

• Uso de material absorvente para recuperar el crudo.

• Uso de agentes tensoactivos para disolver los

hidrocarburos

• Bioremediación

Biodegradación de derrames de petróleo

BIODEGRADACIÓNProducción de agentes tensoactivos

Degradación primaria de

hidrocarburos

Degradación

intermediaria de

hidrocarburos

Segundos consumidores

Reciclado de nutrientes

Predación por

protozoarios

Lisis bacteriana mediada

por fagos

Desmineralización

Tomado de: Röling WFM and van Bodegom PM (2014) Toward quantitative understanding on microbial community structure

and functioning: a modeling-centered approach using degradation of marine oil spills as example. Front. Microbiol. 5:125. doi:

10.3389/fmicb.2014.00125

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2014.00125/full

Microorganismos reportados como biodegradadores de petróleo

Bacterias degradadoras de hidrocarburosGéneros de

bacterias

Reportes

suelo

Reportes

ambientes

acuáticos

Géneros de bacterias Reportes

suelo

Reportes

ambientes

acuáticos

Achromobacter 4 8 Leucothrix - 1

Acinetobacter 3 5 Micrococcus 3 -

Actinomyces 1 2 Moraxella - 1

Alcaligenes 6 3 Mycobacterium 3 -

Aeromonas - 2 Nocardia 3 6

Arthrobacter 7 4 Peptococcus - 1

Bacillus 2 5 Proteus 1 -

Beneckea - 1 Pseudomonas 12 8

Brevibacterium 1 1 Sarcina 2 1

Chromobacterium 1 - Serratia 1 -

Corynebacterium 5 7 Sphaerotilus - 1

Cytophaga 2 - Spirillum 1 1

Erwinia 1 4 Streptomyces 1 -

Flavobacterium 5 6 Vibrio 1 7

Klebsiella - 1 Xanthomonas 2 1

Lactobacilus - 1

Aislamiento de consorcio microbiano con

capacidad para biodegradar petróleo crudo Maya

Instituto Mexicano del Petroleo Rosa Salgado Brito, Benjamín Chávez Gómez y Ana María Mesta Howard

Inocular

a 50 ml M9 con 1% de

petróleo crudo Maya con

500 ml inoculo

Incubar

Temperatura ambiente

a 150 rpm

30 días

Determinar

cuenta viable

Análizar Determinación de HTP

Espectroscopía de infrarojo

Determinación de la biodegradadación bacteriana de

HCT del petróleo por un consorcio microbiano

Optimización de la biodegradadción de petróleo: modificación del medio

de cultivo:

➢ Concentración del petróleo

➢ Fuentes de N2

➢ Adición de agente tensoactivo

MEDIO DE CULTIVO

ORIGINAL

MEDIO DE CULTIVO

CONDICIONADO

TIEMPO LOG DE

UFC / ml

DEGRADACIÓN

%

LOG DE

UFC / ml

DEGRADACIÓN

%

0 4.64 O 4.11 0

7 10.23 22.62 10.21 31.65

12 11.11 31.70 11.24 39.85

21 6.68 33.7 7.42 41.13

28 7.15 39.6 7.98 49.58

35 7.10 47.3 8.02 51.77

0

2

4

6

8

10

12

0 5 10 15 20 25 30 35

TIEMPO EN DÍAS

LO

G.

DE

LA

S U

FC

/ m

l

0

10

20

30

40

50

60

% D

E D

EG

RA

DA

CIÓ

N

Comparación de cinéticas de crecimiento y biodegradación

optimizadas y sin optimización

• Biorremediación “ex situ” de agua y suelo

Recuperación de suelos

contaminados por el petróleo

Principales hidrocarburos del petróleo

Mayor concentración

Alcanos

Hidrocarburos saturados, de uno a 50 átomos de carbono,cuya formula general es:

CnH2n+2

n-alcano

iso-alcano

Parafinas

➢Alcanos, sólidos, lineales y ramificados de más de 17

átomos de carbono.

➢Usos

La extracción de petróleo puede verse seriamente afectada por los

depósitos de parafinas.

Problemas ocasionados por de n-alcanos

Corte de un ducto taponado

principalmente con Parafina

• El transporte y el almacenamiento de petróleo puede verse afectado

seriamente por la precipitación de las parafinas en los ductos de

transporte y tanques de almacenamiento.

Parafina obtenida de un tanque de almacenamiento

Problemas ocasionados por de n-alcanos

Posibles soluciones para eliminar depósitos de parafina

• Aplicación de solventes y dispersantes.

• Inyección de aceite caliente.

• Utilización de cortadores mecánicos para bloques de

parafina.

• Uso de productos biológicos

Capacidad de los microorganismos para crecer

sobre n-alcanos

Utilización de n-alcanos por microorganismos eucarióticos

Organotróficos Fotoautotróficos

Levaduras y Hongos Algas

Candida Aspergillus Chlorella

Torulopsis Cladosporium Scenedesmus

Rhodotorula Cunninghamella

Trichosporon Fusarium

Hansenula Penicillium

Mycotorula Trichoderma

Utilización de n-alcanos por microorganismos procarióticos

• Fotoautotróficos

• Organotróficos

• Actinomicetos y organismos relacionados

• Bacterias del metano

Capacidad de los microorganismos para crecer sobre n-alcanos

Degradación de parafinas por

Pseudomonas aeruginosa MGP-1

Degradación de parafinas por

Pseudomonas aeruginosa MGP-1

Parafina I

Parafina IV

Degradación de

parafinas por

Pseudomonas

aeruginosa MGP-1

Caracterización de Pseudomonas

aeruginosa MGP-1

➢ Obtención extractos libres de células de P. aeruginosa MGP-1 con

actividad de oxidación de n-alcanos.

➢ Establecimiento de un método para determinar y cuantificar la

actividad de oxidación de los n-alcanos presentes en los extractos

libres de células.

➢ Establecer metodologías para identificar los productos de oxidación

de n-alcanos.

➢ Dilucidar una vÍa de oxidaci’on de alcanos de alto peso molecular

➢Temperatura

➢pH

➢Concentración de Substrato C16 y C24

➢Concentración de NADH+H+

➢Especificidad de sustrato

Hacer mezcla de reacción: Incubar a 28°C durante 1h y leer la

disminución de la As a 340 nm c/5min

Caracterización del SEOA en extracto crudo

Procesos implicados en la oxidación de n-alcanos

➢Mecanismos de oxidación de alcanos

➢Vía de oxidación

➢Hidroxilación

➢Hidroperoxidación

➢Deshidrogenación

➢Sistemas transportadores de electrones

➢Terminal

➢Subterminal

➢Diterminal

➢Sistema rubredoxina reductasa

➢P 450

➢Metano.

➢Alcanos gaseosos de 2 a 4 C.

➢Alcanos líquidos de entre 5 y 12 C.

➢Alcanos de entre 12 y 20 C.

➢Alcanos de más de 20 C.

Clasificación de bacterias degradadoras de alcanos

➢Alcanos gaseosos

➢Alcanos líquidos

➢Alcanos sólidos

➢Sobrenadante

➢Extractos libres de células obtenidas de cultivos

con C16 y C24 como fuente de carbono

Evaluación de la actividad enzimática de

oxidación de n- alcanos

Resultados

Evaluación de la actividad enzimática de oxidación de n-

alcanos en el ELC-C16

Evaluación de la actividad enzimática de oxidación de n-

alcanos en el ELC-C24

Dioxigenasa

Hidroperoxidación

Singer Finnerty (1984)

CH3(CH2)14CH3

Hexadecano

CH3(CH2)14CH2OOH

Hexadecilhidroperoxido

CH3(CH2)14CH2OH

Hexadecanol

NAD

NADH2

Deshidrogenación

Azoulay (1965)

+ O2 + Fe2+

Olefin oxidasa

Alcano deshidrogenasa+ FeNAD

NADH2

CH3(CH2)4CH2CH3 Heptano

CH3(CH2)4CH=CH Hepteno

CH3(CH2)4CH-O-CH2

CH3(CH2)4CH2CH2OH Heptadecanol

Mecanismos de oxidación de alcanos

Sistemas transportadores de electrones en la oxidación de

n-alcanos

• Sistema citocromo P-450~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~~~~~~

O2

H-O-H

NADPH+H+

NADP+R-H

R-OH

P-450Citoplasma

Membrana del Retículo endoplásmico

• Sistema de Rubredoxina

Modelo de membrana para la oxidación de alcanos

propuesto por Benson y col. (1979)

R-CH3

R-CH3Ox

Rub

Red

RH2-OH Alc.Des.

RCHO RCOOH

B-Oxidación

LPS

ME

PG

MI

CIT

Sistemas transportadores de electrones en la oxidación de

n-alcanos

Rubredoxina

ox

Reductasa

ox

NADH+H+ ó NADPH+H+Rubredoxina Reductasa

NAD+ ó NADP+

CH3(CH2)nCH3Alcano

Monoxigenasa

CH3(CH2)nCH2OHAlcohol

Alcohol deshidrogenasa

CH3(CH2)nCHO

Aldehído

Aldehído deshidrogenasa

Conclusiones

b-OxidaciónCH3(CH2)nCOOHÁc. carboxílico

Rubredoxina

ox

Reductasa

ox

NADH+H+ ó NADPH+H+Rubredoxina Reductasa

NAD+ ó NADP+

➢Oxidación de n-alcanos por Pseudomonas aeruginosa

MGP-1 H

3C

(CH

2) n

CO

O C

H2(C

H2) n

CO

OH

Hexad

ecilh

exad

ecan

oato

EFECTO DETERMINADO REACCIÓN ENZIMATICA

ELC-C16 con sustrato C16 ELC-C24 con sustrato C24

Temperatura En intervalo de 45 a 55 ºC 55 ºC

pH En intervalo de 6.6 a 7.5 7.5

Concentración NADH+H+ 2 mM De 2 a 3 mM

Concentración de

sustrato

4.16 mL/mL 6.5 mg/ mL

Especificidad de sustrato C11 a C40 y tal vez más C11 a C40 y tal vez más

Sustratos no oxidados C5 a C10 C5 a C10

Funcionalidad con

NADPH+H+

Efectiva Efectiva

Caracterización del SEOA en extracto crudo

2016, Terry C. Hazen, Marine Oil Biodegradation, Environ. Sci. Technol., 2016, 50 (5), pp 2121–2129Environ. Sci.

Technol., 2016, 50 (5), pp 2121–2129.

http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.5b03333

Importancia de la biodegradación bacteriana de hidrocarburos del petróleo

CONCLUSIONES

La importancia de la biodegradación bacteriana de

hidrocarburos de petróleo radica en:

Formar consorcios microbianos para bioremediar sitios contaminados in

situ o ex situ.

Reconocer géneros bacterianos y su espectro de degradación de

hidrocarburos para su posible uso para destapar ductos y tuberías

tapadas con parafinas.

Reconocer las vías metabólicas y metabolitos que se llevan a cabo que

puedan dar lugar a la formación de compuestos de interés industrial

como agentes biotensoactivos, ácidos orgánicos.

PERSPECTIVAS

BiotecnologÍa

del petróleo

Transformación de petróleo crudo a ligero

Recuperación mejorada de petróleo

Recuperación terciaria de petróleo

En refinerÍa y estación de

servicio

Transformación de petróleo crudo a ligero

Recuperación mejorada de petróleo

Biodesulfuración

Biodesnitrogenación

Eliminación de metales

En transito

In situ

Biodesulfuración

Biodesnitrogenación

Eliminación de metales

Diminución de la biocorrosi’on

FRACASAR Y PERSEVERAR CONDUCE AL ÉXITO

Dra. Rosa Salgado Britosalgadobritorosa@gmail.com

rsalgado@usb.edu.mx