BACTERIAS OXIDANTES DEL HIERRO Y DEL AZUFRE

Universidad Nacional Pedro Ruíz GalloFacultad de Ciencias Biológicas

Escuela Profesional de Microbiología y Parasitología 

Contreras Mogollón

Hans J.

Características Generales

Autótrofos

Quimiolitotrofos: y/o compuestos reducidos de azufre (SH, S°, )

La mayoría Acidófilos: pH ~2

Aerobios

Tolerancia a los metales pesados

CARACTERISTICAS

Bacterias Oxidantes del Hierro

• Usan el hierro reducido como única fuente de energía

• Algunos son capaces de usar también azufre: Acidithiobacillus

ferrooxidans.

• pH neutro: Gallionella ferruginea, Leptothrix ochracea, Sphaeritillus

natans.

• pH acido: Acidithiobacillus ferrooxidans

• Bacilos Gram negativos o filamentosos

Acidithiobacillus ferrooxidans Gallionella ferruginea

CARACTERISTICAS

Bacterias Oxidantes del Azufre

• Usan compuestos reducidos de azufre como fuente de energía : HS-, S°,

• pH neutro o alcalino: Thioalkalispira sp. Thioalkalivibrio sp.

Thioalkalimicrobium sp.

• pH acido: Sulfobacillus thermotolerans, Acidithiobacillus sp., Beggiatoa,

Sulfolobus

• Gránulos de azufre: Beggiatoa sp., Thiothrix sp., Thioploca sp.

• Bacilos Gram negativos, algunos Gram positivos (Sulfobacillus)

• Filamentosos

Thioalkalivibrio sp. Beggiatoa sp. Sulfolobus sp.

ClasificaciónBacterias Oxidantes del Hierro

Phylum Proteobacterias

Clase Gammaproteobacterias

Gallionella

Leptothrix

Sphaeritillus

Acidithiobacillus

Alphaproteobacteria

Betaproteobacterias

Gammaproteobacteria

DominioArchaea

DominioBacteria

Bacterias Oxidantes del Azufre

Orden Sulfolobales Sulfolobus sp.

Phyllum Firmicutes

Clase Bacilli Sulfobacillus sp.

Phylum Proteobacterias

Acidiphilum sp.

Thiobacillus thioparus

Acidithiobacillus sp.ThioalkalimicrobiumThioalkalivibrio

BioquímicaBacterias Oxidantes del Hierro

• Sustrato: Hierro Ferroso ()

pH neutro: Oxidación espontanea

pH ácido: Bacterias oxidantes del hierro

• Enzima: Rusticianina

• Producto: Hierro Férrico () ambiente ácido

Bacterias Oxidantes del Azufre

• Sustrato: Compuestos reducidos de azufre (HS-, S°, )

• Producto intermediario: Sulfito ()

• Enzima: APS reductasa ó Sulfito oxidasa

• Producto Final: Sulfatos ()

HS- S°sulfuro oxidasaGránulos de azufre

azufre oxidasa

𝐒𝐎𝟑❑𝟐−

rodonasa

Complejo multienzimatico

Enzima reductor

Vía tetrationato

CARACTERÍSTICAS FISIOLÓGICASBACTERIAS OXIDADORAS DEL AZUFRE:

• Donadores de electrones: H2S, S0 y S2O32-.

• Producto final de la oxidación: SO42-.

• La oxidación del H2S, ocurre por etapas:

• Los productos de azufre mencionados, hacen que aumente la concentración de protones por lo que reduce

el pH y acidifica el medio. El ácido formado es el ácido sulfúrico (H2SO4).

Primero produce S°, que algunas bacterias lo depositan en forma de gránulos de reserva energética

Segundo cuando se agotan las fuentes externas de H2S, utilizan este azufre elemental almacenado

Tercero en aquellas situaciones donde el azufre elemental está disponible mediante fuentes exógenas, el

organismo crece adherido a partículas de azufre, dada la alta insolubilidad del S°.

BACTERIAS OXIDADORAS DE HIERRO POR QUIMILITOTROFOS AEROBIOS

• El paso de Fe2+ a Fe3+, sin embargo, a pH neutro y

en presencia de O2, el Fe2+ reacciona químicamente

(sin intervención bacteriana), transformándose en

Fe3+. De ahí que la mayoría de bacterias del hierro

sean acidófilas.

• Cadena respiratoria, oxidación de hierro ferroso

(Thiobacillus ferrooxidans)

• La elevada electropositividad del potencial de

reducción del par Fe3+/Fe2+ (+0.77 V a pH ácido 2),

hace que la vía de transporte de e- hacia el O2 será

muy corta, presentando sólo 2 cyt.

• Pese a que exista un gradiente natural en el paso de

H+ del medio exterior al interno a través de las

ATPasas, dichos H+ han de consumirse rápidamente

en la formación de H2O a partir de O2, para mantener

el pH interno bacteriano entre 6.5 - 7.

• Estas bacterias, gastan la mayor parte del ATP

producido en las reacciones del transporte inverso

del e- para obtener el poder reductor necesario en la

fijación de CO2 (de ahí su autotrofía).

APLICACIONES INDUSTRIALES

Las bacterias del hierro

• Tiene su parte relevante en la oxidación del mineral pirita (FeS2), tiene lugar en las minas de carbón,

cuando las rocas que contienen pirita se someten a movimiento, la pirita entra en contacto con las

bacterias, éstas acidifican el medio, provocando el fenómeno de "drenaje ácido de las minas“.

• Thiobacillus ferrooxidans: Se desarrollan cuando la temperatura oscila entre 20-30ºC y el pH es

moderadamente ácido (entre 2-4). Son termófilos y acidófilos. Es el tipo más común de bacteria en los

depósitos residuales de minas. Incrementan la proporción de pirita en los depósitos de carbón. El

proceso de oxidación que realizan, aparte de ser perjudicial para el medio colindante, puede ser

beneficioso para el ser humano, ya que permite la separación de materiales como el cobre y el uranio

(biolixiviación).

• Leptospirillum ferrooxidans: Se desarrollan cuando la temperatura oscila entre 30-50ºC y pH entre 1-2.

Se encuentran en las aguas profundas de las minas, envueltas en un biofilm rosado que flota sobre la

superficie del agua que surge de la mina. Son utilizados para la extracción de metales de los minerales

(biooxidación).

Las bacterias del azufre:

• Presentan gran importancia biotecnológica y ecológica, ejemplo de ello

puede ser la biominería o la biolixiviación de minerales como el uranio y

el cobre. (Los metales se liberan del mineral por solubilización con el

ácido sulfúrico derivado de la oxidación del azufre en la membrana de

las bacterias oxidadoras del azufre como Acidithiobacillus).

• Participan también en la desulfuración del carbón ayudando a separar

el azufre inorgánico de éste. Lo transforman en un compuesto soluble

en agua para evitar que en la combustión se produzca SO2, un gas

contaminante, que en la atmósfera da lugar a lluvia ácida.

BIOMINERÍA

• Inicia con el descubrimiento de la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans, a

mediados de la década del cuarenta.

• Las investigaciones iniciales mostraron que las bacterias fueron eficaces en

la biooxidación de la pirita y la biolixiviación de sulfuros de cobre como la

calcopirita, enargita y covelina.

• Biolixiviación, La recuperación de metales base (como cobre, cobalto,

níquel, zinc, uranio entre otros), allí la bacteria cataliza el proceso de

disolución del metal

• Biooxidación, Empleo de las bacterias es para eliminar la interferencia del

sulfuro que contiene ocluido el oro y/o plata, ya que los metales (hierro y

arsénico entre otros) que acompañan al sulfuro no tienen valor comercial en

este tipo de procesos.

TÉCNICAS DE AISLAMIENTO

Medios de Cultivo

Recogida y procesado de

muestra

Enrequicimiento y aislamiento de

microorganismos

• Medio Fierro• Medio Azufre• Medio Pirita

Medios de

Cultivo

Solución Mínima de Sales (SMS)(NH4)SO4 0,2 g.MgSO4x7H2O 0,4 g.KCl 0,1 g.PO4HK2 0,1 g.

H2O bidestilada 1000 ml.

• Medio Agarosa - Hierro• Medio Agarosa - tiosulfato• Medio Agarosa – Extracto

de Levadura

Medios de

Cultivo

Solución mínima de sales reducida

Solución Sulfato Ferroso

Solución de tiosulfato

RECOLECCIÓN Y PROCESADO DE LA MUESTRA

Toma de Muestra

• Muestras de drenajes ácidos de las minas.

• Sedimento o agua.

Análisis de las muestras

• Acidez y Potencial.

• Concentración de hierro (II).

• Concentración de metales.

Recuento de Microorganismos

• Emplea una cámara de Thoma y se observa al microscopio.

ENRIQUECIMIENTO Y AISLAMIENTO

Enrequecimiento

• Medio 9K de Silverman y Lundgren.

• Medio Fe.• Medio Py.

Aislamiento

• Medio FeEL.• Medio EL.• Medio GI• Ellos con pH

2,5.

Mantenimiento y almacenamiento

• Medio Fe; a 4°C; resiembras periódicas cada mes.

• Medio líquido S; pH 3,5; 4°C al menos 1 vez al mes resiembra.