Biodegradacin aerbica de Bifenilos Policlorados (PCBs)

Ma. Elena Merizalde9no. semestreBiodegradacin aerbica de Bifenilos Policlorados (PCBs)

PROBLEMABiomagnificacin y bioacumulacin en los niveles trficos dentro de la cadena alimenticia, su acumulacin causa varios efectos en la salud de los organismos que han sido expuestos.

JUSTIFICACIONAproximadamente 1.5 millones de toneladas de PCBs fueron producidos comercialmente a nivel mundial desde 1929 hasta 1979. De la produccin total se estima que 750.000 toneladas han sido liberadas al ambiente y una cantidad no determinada de PCBs est presente en equipos elctricos todava en servicio (U.S. EPA, 1997; HELCOM, 2001; Mondello, 2002).

Los efectos de la contaminacin del medio ambiente, sus causas y las consecuencias de la exposicin de los sistemas biolgicos a agentes nocivos es lo que motiva a la investigacin de tecnologas ms efectivas, rpidas y ecolgicas para recuperar suelos contaminados. Si se toman en cuenta los efectos contaminantes de los bifenilos policlorados y el riesgo potencial que estos implican para el organismo humano por su incorporacin a travs de la cadena alimenticia, se comprende la importancia de poder encontrar la metodologa ms eficiente que puede aminorar los problemas causados por la bioacumulacin y biomagnificacin de estos contaminantes.

MARCO TEORICO BIFENILOS POLICLORADOS (PCB)Son compuestos armaticos sintticos compuestos de la estructura de bifenilo, es decir dos anillos de benceno enlazados entre s, y que estn clorados en diversos gradosEs uno de los doce contaminantes mas nocivos fabricados por el hombre.Se acumulan en tejidos adiposos y se adhieren fuertemente a matrices orgnicas tales como el suelo.Los PCBs pueden tener sustituciones de cloro en la posicin para, meta y orto.

Tienen diferentes nombres comerciales y sus productores tiene su propio sistema para identificarlos.

Las exposiciones agudas de PCBs en el humano pueden producir erupciones cutneas, cloracn, purito y quemaduras, irritacin de ojos, cambios pigmentarios en piel y uas, irritacin del tracto respiratorio, nerviosismo y fatiga.

Lmites permisibles de bifenilos policlorados

Los materiales que contienes PCBs son clasificados de acuerdo a la concentracin de PCBs presente (Kuckuck, 2000).PCB puro> 500 ppmContaminado con PCBentre 5 y 500 ppmSin contaminacin de PCB< 5 ppm

AROCLORLos PCB se utilizaron en una variedad muy amplia de aplicaciones industriales y de consumo:

REMEDIACIN DE SUELOS Y SEDIMENTOS CONTAMINADOS CON BIFENILOS POLICLORADOSLas tcnicas para remediar incluyen procesos fsicos, qumicos y biolgicos con el fin de cambiar el estado original a productos menos txicos.

PROCESO BIOLOGICOLa biorremediacin de suelos contaminados con PCBs puede llevarse a cabo mediante bacterias anaerobias y aerobias, las cuales pueden actuar en forma individual o en consorcio. Existen procesos solamente anaerobios, aerobios o mixtos

Proceso AnaerbicoEstudios con grnulos anaerobios, formados por bacterias sintrpicas, acetognicas y metanognicas, han demostrado que stos son capaces de degradar congneres en las posiciones orto, meta y para, alcanzndose porcentajes de remocin de hasta un 70%. Con tales estudios, se ha comprobado que los grnulos anaerbicos tienen caractersticas de tolerancia al oxgeno y capacidad para degradar a temperatura ambiente, que los hacen convenientes para ser utilizados en biorremediacin in situ de ambientes contaminados por PCBs . (De Giorgis et. al., 2003).

Perodo de duracin 20 semanasReducen el nmero de clorurosEl aislamiento de cultivos puros no ha sido posibleLos PCBs actan como aceptores de electrones y el cloro se reemplaza con hidrgeno

R-Cl+ 2e-+ 2H+R-H + HCl

Biodegradacin combinada Evans en 1996 propuso la combinacin de un proceso anaerobio, con uno aerobio ya que podra aumentar la transformacin de los PCBs. El tratamiento anaerobio inicial convierte a los compuestos altamente clorados a PCBs menos clorados. Estos ltimos sern atacados por los microorganismos aerobios para su completa degradacin

Ataque anaerobio Ataque aerobio Procesos AerbicosMICROORGANISMOS QUE INTERVIENEN EN EL PROCESO

Bacterias Gram negativas y Gram positivasDentro de las bacterias aerbicas individuales ms utilizadas cabe destacar Alcaligenes euthropus H850, Pseudomonas sp. y Acinetobacter sp.Las bacterias capaces de degradar PCBs poseen genes (bphA, bphB, bphC, bphD) los que codifican las enzimas involucradas en la degradacin aerobia.

El proceso enzimtico se da por la va bifenil (bph). La que involucra cuatro enzimas:

ENZIMASPRODUCTOSPRODUCTOS FINALES

Figura 3: Va de degradacin por PCBs por bacterias anaerbicasMARCO METODOLOGICO Caracterizacin del contaminanteLa biodegradacin de los PCBs depende del grado de cloracin del bifenil. Las bacterias aerbicas degradan de manera eficaz los bifenilos monoclorados, diclorados, triclorados y tetraclorados. La biorremediacin aerbica, tiene mejores resultados en suelos contaminados y sedimentos moderadamente contaminados (20 a 700 de PCB / kg), en donde el nivel de contaminacin disminuye de un 40-75%.

Caracterizacin de la flora Las Pseudomonas sp. han sido ampliamente utilizadas. Su metabolismo es respiratorio, generalmente aerobio. Presentan una versatilidad metablica debido a su capacidad de utilizar como fuente de carbono substratos muy variados. Las bacterias que son capaces de degradar PCBs poseen genes bphA, bphB, bphC, bphD, que codifican las enzimas involucradas en la va de degradacin aerobia.

Pseudomonas sp. Material y MtodosDegradacin de PCBs mediante Pseudomonas sp.

Preparacin del inculo Cada uno de los cultivos de Pseudomonas sp se sembr en placas petri con agar comn mediante el mtodo en superficie y se incub a 37C por 24 horas. Se realiz la cosecha bacteriana con 5 ml de solucin salina fisiolgica en tubos de ensayo. Se hicieron diluciones hasta alcanzar una concentracin de 106 bacterias por ml que es el inculo bacteriano.

Inoculacin al biorreactor Se inocul 1 ml de inculo bacteriano a un biorreactor tipo Air Lift de 250 ml de capacidad. Colocando 100 ml de Medio Mnimo de Sales (MMS) ms 1 mg de Aroclor 1242. Se puso en funcionamiento el biorreactor, por un perodo de 7 das, teniendo en cuenta los siguientes parmetros: pH 7.0, aireacin (60 cm3/min) y temperatura ambiente (21C).

c) Determinacin de la capacidad de degradacin Se evaluar la degradacin del PCB Aroclor 1242, mediante un cromatgrafo de gases, siguiendo la norma EPA 8082.

RESULTADOSCARACTERIZACIN DEL BIOPROCESOFuente de carbono PCBsGrupo microbiano Pseudomonas AerobiaFuente de energa PCBsDonador de electronesPCBsAceptor de electronesO2Productos cido benzoico; cido pirvico, AcetaldehdoCantidad de Aroclor 1242 degradado por tres cultivos de Pseudomonas spCULTIVOSCantidad de Aroclor 1242MgInicioTrmino 7 dasDegradado11.00.001520,998421.00.106000,8939 31.00.016200,9838 Eficiencia y Parmetros Crticos del MtodoEficiencia del proceso y parmetros crticos Eficiencia 96%pH 7,0 Temperatura 21C Aireacin 60 cm3/min Tiempo de incubacin 7 das DISCUSIONLa degradacin de PCBs en el ambiente es un proceso relativamente lento y variable. Por lo tanto la transformacin de PCBs a nivel ambiental est influenciada por algunos factores que incluyen concentracin de PCBs, tipo de poblacin microbiana, disponibilidad de nutrientes y temperatura (Farrington, 2000).

Los resultados obtenidos referente al porcentaje de degradacin bacteriana de Aroclor 1242 (96%); corroboran investigaciones que evaluaron la degradacin de mezclas comerciales de PCBs. Portero (2007) degradacin de Aroclor 1254 y 1260 (31 a 53%) Tucker et al. (1975) demostr que una variedad de Aroclores fueron degradados: Aroclores 1221 y 1242 (90 a 100%) y el Aroclor 1254 parcialmente (50 a 70%).

Las Pseudomonas han desarrollado el potencial gentico para el uso de bifenilos policlorados como fuente de carbono y energa en los procesos metablicos. (Focht,1994). La supervivencia de las Pseudomonas sugiere que poseen la capacidad de utilizar bifenilos policlorados como donadores de electrones, debido a que la fuente de carbono se incluy en el medio de cultivo (Focht, 1994).La cepa seleccionada en este estudio coincide con los resultados de investigaciones realizadas por Bedard et al. (1986 y 1987), Gibson et al. (1993), Billingsley et al. (1997) y Seah et al. (2001) que identificaron a especies pertenecientes a los gneros Pseudomonas sp., como especies con excepcional rango de degradacin de congneres de PCBs de Aroclor 1242, 1248 y 1254.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESLos tres cultivos degradaron Aroclor 1242 en cantidades de: 0,9984mg, 0,8940 mg y 0,9838 mg., teniendo una capacidad de adaptacin y crecimiento en el medio lquido de enriquecimiento suplementado con bifenil policlorado.Los tres cultivos de Pseudomonas sp. degradan de manera efectiva bifenilos con cuatro cloros en su estructura. Estas bacterias pueden ser consideradas aptas para utilizarse en procesos que permitan generar tecnologas de biorremediacin para zonas contaminadas con PCBs.El promedio de eficiencia de degradacin de PCBs es del 96%.Para una degradacin eficiente se deben tomar en cuenta los siguientes parmetros como: pH 7.0, aireacin (60 cm3/min) y 21C (temperatura ambiente).

Los niveles de degradacin obtenidos en laboratorio deberan ser probados en procesos de mayor escala.Para obtener una degradacin ms completa se debera trabajar con procesos combinados como reactores tipo batch, en donde exista una fase anaerobia y una aerobia.Se deberan realizar ms estudios sobre la degradacin de PCBs con bacterias anaerobias, para conocer el mecanismo de decloracin de los PCBs.