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Ramírez-Díaz, Martha I.; Riveros-Rosas, Héctor; Campos-García, Jesús; Cervantes,

Carlos

REDUCCIÓN BACTERIANA DE CROMO HEXAVALENTE: MECANISMOS Y

APLICACIONES

Revista de Educación Bioquímica, vol. 28, núm. 3, septiembre, 2009, pp. 73-79

Universidad Nacional Autónoma de México

Distrito Federal, México

¿Cómo citar? Número completo Más información del artículo Página de la revista

Revista de Educación Bioquímica

ISSN (Versión impresa): 1665-1995

reb@bq.unam.mx

Universidad Nacional Autónoma de México

México

www.redalyc.orgProyecto académico sin fines de lucro, desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto

REDUCCIÓN BACTERIANA DE CROMO HEXAVALENTE:

MECANISMOS Y APLICACIONES*

Martha I. Ramírez-Díaz1, Héctor Riveros-Rosas2, Jesús Campos-García1 y Carlos Cervantes1

RESUMENEl amplio uso industrial de los derivados del cromo, unmetal pesado, ha ocasionado que estos compuestos seanconsiderados como serios contaminantes ambientales. Enla naturaleza, el cromo se encuentra principalmente endos estados de oxidación: la forma trivalente Cr (III), quees relativamente inocua, y la forma hexavalente Cr (VI),considerada una especie tóxica. El Cr (III) a nivelextracelular es relativamente inocuo debido a suinsolubilidad. En contraste, en el interior de la célula elCr (III) es altamente tóxico debido a su capacidad paraunirse al DNA y a las proteínas. El Cr (VI) usualmente seencuentra como iones cromato (CrO

42-) o dicromato

(Cr2O

72-), los cuales atraviesan fácilmente las membrana

plasmática al ser capturados erróneamente por el sistemade transporte de sulfato. En el ambiente, el Cr (VI) puedeser reducido a Cr (III), ya sea de manera abiótica omediante enzimas llamadas cromato reductasas. El estudiode estas enzimas ha adquirido gran interés por su posibleuso en la biorremediación de la contaminación porcromato. Varias cromato reductasas han sido identificadasen diversas especies bacterianas. La cromato reductasamejor caracterizada es la enzima ChrR de la bacteria gramnegativa Pseudomonas putida, que pertenece a la familiade flavoproteínas reductasas dependientes de NAD(P)H.Esta familia actualmente posee 243 proteínas homólogasa ChrR que unen al cofactor FMN y que se encuentranampliamente distribuidas en los tres dominios de la vida.En este trabajo se resumen las propiedades de los sistemasbacterianos de reducción de Cr (VI) como un mecanismoempleado por los microorganismos para contrarrestar losefectos tóxicos del cromo y sus derivados.

PALABRAS CLAVE: reducción de cromato, familia deflavoproteínas reductasas dependientes de NAD(P)H,biorremediación.

ABSTRACTBacterial reduction of hexavalent chromium:mechanisms and applications.The broad industrial use of derivatives of chromium, aheavy metal, has caused that these compounds areregarded as serious environmental contaminants. Innature, chromium is found primarily in two oxidationstates: the trivalent form Cr (III), which is relativelyinnocuous, and the hexavalent form Cr (VI), considereda more toxic species. At the extracellular level, Cr (III)is relatively harmless because of its insolubility. Incontrast, inside the cell Cr (III) is highly toxic becauseof its ability to bind to DNA and proteins. Cr (VI) isusually found as chromate (CrO

42-) or dichromate

(Cr2O

72-) ions, which easily cross the plasmatic

membrane to be mistakenly taken up arrested by thesulfate transport systems. In the environment, Cr (VI)can be reduced to Cr (III), either by abiotic ways or byenzymes called chromate reductases. The study of theseenzymes has gained great interest for their potential usein bioremediation of pollution by chromate. Severalchromate reductases have been identified in differentbacterial species. The best characterized chromatereductase is the ChrR enzyme from the gram-negativebacteria Pseudomonas putida, which belongs to thefamily of NAD(P)H dependent flavoprotein reductases.This family currently includes 243 ChrR homologousproteins that bind the FMN cofactor and that are widelydistributed in the three domains of life. This papersummarizes the properties of bacterial systems that re-duce Cr (VI) as a mechanism used by microorganismsto resist the toxic effects of chromium and its derivatives.

KEY WORDS: Chromate reduction, family of NAD(P)Hdependent flavoprotein reductases, bioremediation.

*Recibido: 11de noviembre de 2008 Aceptado: 16 de junio de 20091Instituto de investigaciones Químico-Biológicas, Universidad Michoacana, Morelia, Michoacán; 2Departamento de Bioquímica, Fa-cultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México; D.F., México. Enviar correspondencia a: Martha I. Ramírez-Díaz.Instituto de Investigaciones Químico-Biológicas. Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Edificio B-3, Ciudad Universi-taria. 58030, Morelia, Mich., México. Telefono/fax: +52 (443) 326-5788. Correo E: marthaisela_ramirez@hotmail.com

REB 28(3): 73-79, 200973

74 Ramírez-Díaz MI, Riveros-Rosas H, Campos-García J y Cervantes C

1. Generalidades del cromo1.1 Cromo en el ambienteEl cromo (Cr) es un metal de transi-ción localizado en el grupo VI-B de latabla periódica, con un número ató-mico de 24 y un peso atómico de51.996. El Cr es el séptimo elementomás abundante sobre la tierra y nor-malmente se localiza en rocas, suelos,plantas, animales y emisiones volcá-nicas. Se ha estimado que la presen-cia de Cr en la atmósfera de países deEuropa y América es de 0.001 a 1.1ppb; en fertilizantes fosfatados de 66a 245 ppm y en polvos residuales deincineraciones municipales de 490ppm (1). La concentración de Cr enaguas intercontinentales no contami-nadas es de 0.1 a 0.5 ppm, mientrasque en aguas negras, municipales yresidenciales oscila entre 0.1 a 36 mg/cápita/día (1). Así, se ha establecidoque la toxicidad del Cr (como cromatode potasio) en humanos es de 0.5 a 1g por vía oral (1).

Aunque el Cr existe en estados deoxidación que van de -2 a +6, lasformas más estables y abundantesson las especies trivalente Cr (III) yhexavalente Cr (VI). El Cr (VI) co-múnmente está presente en soluciónformando los oxianiones hidro-cromato (HCrO

4-), cromato (CrO

42-) o

dicromato (Cr2O

72-), dependiendo del

pH. El Cr (VI) existe en forma deanión soluble en agua, el cual puedepersistir en este ambiente por largosperiodos y es considerado como uncontaminante importante por el Depar-tamento de Energía de sitios de dese-cho de EUA (2). Por otra parte, los de-rivados del Cr (III) son menos móvi-les y principalmente existen en el am-biente formando complejos establescon ligandos orgánicos o inorgánicos(3). En el año 2000 se procesaronaproximadamente 15 millones de to-neladas de cromita (FeCr

2O

4), de las

cuales cerca de un 70% se empleó paraproducir aleaciones metálicas; porejemplo, para obtener ferrocromo (una

aleación de cromo, hierro y carbono).Otra parte (aproximadamente 15%) seempleó directamente como materialrefractario y el resto se utilizó en laindustria química para obtener diferen-tes compuestos de cromo. Así, el am-plio uso del Cr en diversos procesosindustriales ha convertido a este me-tal en un serio contaminante del aire,suelo y agua (4).

1.2 Transporte del cromoEn diversas especies bacterianas se hademostrado que el Cr (VI) en formade cromato entra activamente a las cé-lulas a través del sistema de transpor-te del sulfato (Fig. 1A). La analogíaquímica entre el cromato y el sulfatoha sido enfatizada por el hecho de queel cromato es un inhibidor competiti-vo del transporte del sulfato en todaslas especies bacterianas que han sidoestudiadas (4). En contraste, el Cr (III)atraviesa las membranas con muy bajaeficiencia debido a que forma com-puestos insolubles en soluciones acuo-sas no ácidas (Fig. 1B).

1.3. Toxicidad del cromoLos efectos tóxicos del Cr dependende su estado de oxidación (5). A nivelextracelular, el Cr (VI) es altamentetóxico para la mayoría de las bacte-rias ya que es transportado activamen-te al citoplasma, mientras que el Cr(III) es relativamente inofensivo debi-do a su insolubilidad e incapacidad deatravesar las membranas celulares (5).En el interior de la célula, la toxicidaddel Cr se relaciona principalmente conel proceso de reducción del Cr (VI) aestados de oxidación inferiores [comoCr (V) y Cr (III)] (Fig. 1C). Este pro-ceso puede ocasionar la formación deradicales libres, generando estrésoxidativo (Fig. 1D) y en consecuenciadiversos efectos tóxicos en el DNA,lípidos y en las proteínas (Fig. 1E y1F). Se considera que el dañooxidativo al DNA es responsable delos efectos genotóxicos causados por

el cromato (6). La exposición ocupa-cional al cromato se postula como unserio problema toxicológico, pues seha demostrado que el Cr (VI) es unagente potencialmente carcinógeno enhumanos (7).

2. Reducción del cromatoSe ha descrito que bajo ciertas condi-ciones ambientales, el Cr puede serínterconvertido a Cr (III) y Cr (VI) através de reacciones de oxido-reduc-ción de naturaleza biótica o abiótica.La reducción del Cr (VI) puede ocu-rrir bajo condiciones aeróbicas oanaeróbicas y puede estar asociada ala fracción soluble o a la membranacelular (8). Por consiguiente, la reduc-ción extracelular o periplásmica de Cr(VI) a Cr (III), que genera un com-puesto impermeable y no tóxico a ni-vel extracelular, puede ser considera-da como un mecanismo de resisten-cia a cromato (8). En bacterias, losmecanismos de resistencia a cromatopueden ser codificados por genesplasmídicos o cromosómicos (4). Lossistemas de resistencia codificados enel cromosoma se han relacionado ge-neralmente con la reducciónextracelular del Cr (VI) a Cr (III), tan-to por enzimas específicas como noespecíficas (5).

2.1. Reducción enzimática delcromatoLa reducción del cromato se ha des-crito en diversas especies bacterianas,aunque sólo unas pocas enzimas hansido caracterizadas (5). Ishibashi ycol. (9) sugirieron que las Cr (VI)reductasas pueden tener un papel pri-mario diferente a la reducción de Cr(VI) y que esta segunda función ad-quirida de las Cr (VI) reductasas pue-de relacionarse con el reciente incre-mento del Cr (VI) en el ambientecomo consecuencia de actividadesantropogénicas. Así, varias Cr (VI)reductasas han sido caracterizadas enel contexto de sustratos alternos; es-

75REB 28(3): 73-79, 2009 Reducción bacteriana de cromo hexavalente

Figura 1. Transporte y toxicidad del cromato en la célula bacteriana. A) Captación del Cr (VI) [(CrO4

-2)] a través del sistema de transporte delsulfato (SO

4-2). B) Las membranas biológicas son impermeables al Cr (III), por lo que éste resulta inocuo extracelularmente. C) Reducción

intracelular de Cr (VI) a Cr (III). D) Estrés oxidativo causado por la generación de especies reactivas de oxígeno como consecuencia de lareducción de Cr (VI). E) Daño ocasionado por la interacción del Cr (III) con las proteínas o F) con el DNA. Modificado de Ramírez-Díaz y col. (2).

tas enzimas frecuentemente muestranactividad de NADH:flavín oxido-rreductasas (8). Este es el caso de lasnitrorreductasas NfsA/NfsB de la bac-teria Gram negativa Vibrio harveyi,que presentan propiedades denitrofurazona nitrorreductasa comofunción primaria y actividad decromato reductasa como actividad se-cundaria, o la reductasa férrica FerBde Paracoccus denitrificans (una bac-teria Gram negativa y oxidante de ni-trógeno), que usa tanto Fe (III)-nitrilotriacetato como cromato comosustratos (5).

Actualmente la Cr (VI) reductasamás estudiada es la proteína ChrR dela bacteria Gram negativa Pseudo-monas putida, una flavoenzima

soluble que une FMN (flavinmononucleótido) y cataliza la reduc-ción de Cr (VI) a Cr (III) (10). Se hapropuesto que esta enzima se sitúaen el periplasma ya que de manerasimilar a proteínas con esta localiza-ción el residuo del extremo N-termi-nal no corresponde a metionina; suubicación celular la hace atractivapara usos en biorremediación. ChrRfunciona como un dímero de 50 kDay muestra actividad de reductasa de-pendiente de NADH con una Km de260 µM para el cromato y una Vmaxde 8.8 nmol de cromato por min-1mg-1

de proteína (11). Esta enzimamultifuncional, además de su activi-dad de cromato reductasa, reduce alferricianuro (11).

La enzima ChrR purificada presen-tó una actividad de quinona reductasa,generando flavin semiquinona duran-te la reducción de cromato; esta reac-ción transfiere más de 25% de los elec-trones del NADH al anión superóxidoy probablemente produce especiestransitorias de Cr (V), lo que minimi-za que esta especie de cromo reaccio-ne con H

2O

2generando un exceso de

especies reactivas de oxígeno (ROS).De esta manera, ChrR parece proveerde un mecanismo de defensaantioxidante a P. putida a través de laprotección de las células del estrésocasionado, por ejemplo, por H

2O

2

(12). De hecho, la expresión de ChrRse induce en células expuestas a H

2O

2

(10) o a cromato (11). En resumen,

76 Ramírez-Díaz MI, Riveros-Rosas H, Campos-García J y Cervantes C

ChrR en una ruta reduce Cr (VI) a Cr(III) generando el intermediario Cr (V)y el anión superóxido y por un meca-nismo adicional reduce quinonas, pro-tegiendo a las células de las especiesreactivas de oxígeno (ERO).

ChrR contiene la secuenciaLFVTPEYNXXXXXXLKNAIDXXS,la cual puede estar involucrada en launión con FMN encontrándose con-servada en varios miembros de la fa-milia COG0431 (grupo de proteínasortólogas procarióticas) y KOG4530(grupo de ortólogos eucarióticos) (8).Estas proteínas han sido agrupadastambién en la familia FMN reductasasdependientes de NAD(P)H que a suvez forma parte del clan de lasflavoproteínas, que incluye proteínasredox de unión a FMN o FAD (8).

La cromato reductasa YieF de labacteria Gram negativa Escherichiacoli presenta homología con la enzi-ma ChR de P. putida (11). YieF tieneun amplio rango de sustratos y puedereducir, además de cromato, alvanadio (V), molibdeno (VI), com-puestos como ferrocianuro, variasquinonas, 2,6-dihidrocloroindolfenoly prodro-gas como mitomicina C y 5-aziridinil-2,4-dinitrobenzamida (11).El mecanismo de acción de YieFinvolucra la reducción del cromato porla transferencia obligada de cuatroelectrones por cada dímero de proteí-na; de esta manera, la enzima trans-fiere simultáneamente tres electronesal Cr (VI) para producir Cr (III) y unelectrón al oxígeno molecular gene-rando ERO (11). Debido a la forma-ción de una cantidad baja de ERO,YieF proporciona un mecanismo efec-tivo de protección contra cromato enE. coli. Otra enzima de E. coli, laflavín reductasa Fre, reduce cromatoa través de una estrategia diferente queinvolucra la formación de un comple-jo de Cr (III) con el cofactor NAD (8).Esta interacción puede estar relaciona-da con la notoria capacidad del Cr (III)para formar aductos con el DNA.

En conclusión, la reducción de Cr(VI) parece ser una estrategia impor-tante de resistencia a cromato en bac-terias, aunque el uso de sustratosalternos, además del Cr (VI), sugiereque la actividad de reducción de esteión en los microorganismos es unmecanismo de adaptación enzimáticaocasionada por la creciente exposicióna cromato (5).

2.2. Familia de FMN reductasas de-pendientes de NAD(P)HLa familia de proteínas FMNreductasas dependientes de NAD(P)H(FMN_red) que incluye posiblesortólogos de ChrR, actualmente com-prende al menos 243 proteínashomologas que unen al cofactor FMN(Fig. 2). Los miembros de este grupoestán ampliamente distribuidos, sugi-riendo un origen evolutivo muy anti-guo para estas proteínas. El uso deNAD(P)H y la ausencia del radicalflavín semiquinona distingue a estasproteínas de las flavodoxinas, queadoptan la misma forma estructuralterciaria (8). La familia FMN_red pue-de dividirse en diez grupos principa-les, donde cada uno probablemente co-rresponde a diferentes subfamilias deproteínas (Fig. 2). Sólo tres de estosgrupos incluyen proteínas caracteriza-das y se les ha definido comosubfamilias, de manera similar a comose han nombrado previamente otrosgrupos de proteínas (14).

La subfamilia I es el grupo más nu-meroso (73 secuencias homólogas) yestá presente principalmente enproteobacterias. La proteína ChrR deP. putida, descrita anteriormente estaincluida en esta subfamilia (8).

La subfamilia II, formada de 32proteínas homologas, está presente enarqueas, bacterias (principalmenteproteobacterias) y plantas (8). Tresproteínas de este grupo han sido ca-racterizadas: la proteína diméricaYieFde E. coli, descrita como la primeracromato reductasa soluble (11); la pro-

teína dimérica FMN reductasa de P.aeruginosa PAO1 (15); y la proteínatetramérica NAD(P)H:quinonareductasa (NQR) de la plantaArabidopsis thaliana (13).

La subfamilia III comprende nue-ve proteínas homologas, presentes enbacterias del grupo firmicutes, hongosy el moho mucilaginoso Dictyosteliumdiscoideum (8). Aesta subfamilia per-tenecen dos proteínas caracterizadas:la azo reductasa de la bacteria Grampositiva Bacillus sp. OY1-2 (15) y laproteína dimérica de la levaduraSaccharomyces cerevisiae YLR011wp(16). La proteína de Bacillus transfor-ma azo colorantes (sustancias orgáni-cas que poseen nitrógeno unido a unanillo aromático) una reacción media-da por la actividad de reductasa delgrupo azo en presencia de NAD(P)H(15). YLR011wp posee además unaactividad reductora débil pero especí-fica sobre azo colorantes y nitro com-puestos, en adición a una fuerte acti-vidad de ferricianuro reductasa (16).

En resumen, la capacidadmultifuncional de los miembros de lafamilia FMN_red dependiente deNAD(P)H sugiere que la reducción deCr (VI) no es la actividad principal deestas proteínas. Esto puede estar rela-cionado con el hecho de que el cromoestá presente en la naturaleza princi-palmente como Cr (III) y de que la in-troducción de especies de Cr (VI) enel ambiente es un evento relativamentereciente (8).

3. Biorremediación de cromatoA diferencia de los herbicidas, los pes-ticidas y otros compuestos tóxicos quepueden degradarse biológicamente,los metales pesados como el Cr nopueden ser eliminados y permanecenen los suelos o sedimentos, donde seliberan lentamente al agua (1). La re-moción de cromato de agua contami-nada se ha realizado tradicionalmentea través de la reducción de Cr (VI) aCr (III) por métodos químicos o

77REB 28(3): 73-79, 2009 Reducción bacteriana de cromo hexavalente

Figura 2. Análisis filogenético de la familia FMN reductasas dependientes de NAD(P)H (FMN_red). Se muestra un árbol consenso construidocon el método de mínima evolución (ME). Se usaron secuencias de proteínas que pertenecen a las tres subfamilias que poseen al menos unaproteína caracterizada (líneas sombreadas). El árbol fue calculado usando el programa MEGA 3.1. Se obtuvieron topologías similares usandolos métodos de vecino más próximo (NJ), máxima parsimonia (MP) y promedio aritmético de los grupos de pares no ponderados (UPGMA). Seincluye el número de acceso de cada secuencia, la abreviatura del nombre de la especie y el tamaño de la proteína (número de residuos). Loslímites de las subfamilias (I-III) se indican con líneas gruesas. Los puntos en las barras indican los nodos con >70% (abiertos), >80% (gris),o >90% (cerrado) del valor bootstrap derivado de 1,000 repeticiones de los árboles obtenidos simultáneamente con los métodos UPGMA, NJ,ME y MP.

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YP 285997-D aromatica-182

1RTT A-P aeruginosa-193

ZP 01427093-H aurantiacus-187

NP 001045430-O sativa-203

NP 001045429-O sativa-197

ABE79156-M truncatula-191

Q8H9D2-S tuberosum-194AAD37373-A thaliana-196NP 793482-P syringae-194ZP 01528230-P mendocina-184

YP 260394-P fluorescens-189

AAK56852-P putida-186

YP 609081-P entomophila-185

YP 296226-R eutropha-187

YP 584169-R metallidurans-186

NP 771427-B japonicum-183

ZP 00859672-B sp.-185

NP948210-R

palustris-186

YP318433-N

winogradskyi-185

YP577022-N

hamburgensis-185

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sp.-187

YP517447-D

hafniense-187

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mesenteroides-180

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CAJ50200-B avium-183

NP 884513-B parapertussis-184NP 880298-B pertussis-184NP 641810-X axonopodis-184YP 363265-X campestris-184

YP 200163-X oryzae-184

NP 636806-X campestris-184

ZP 01578107-D acidovorans-182

ZP 01518879-C testosteroni-185

YP 549190-P sp.-183

ZP 01020227-P naphthalenivoran-206

ZP 01407067-A avenae-184

ZP 01381431-A sp.-183

YP 412267-N multiformis-184

YP 523616-R ferrireducens-183

ZP 00590046-P phaeoclathratiforme-185

ZP00529808-C

phaeobacteroides-183

ZP01386182-C

ferrooxidans-190

NP662348-C

tepidum-187

ZP00864144-B

sp.-182

XP359693-M

grisea-210

XP748851-A

fumigatus-195

NP

013111-Scerevisiae

-191

XP

638939-D

discoideum-199

Q9F

AW

5-Bsp.-178

ZP

002366

72-B

cereus-178

ZP

011

84139

-Bw

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phanen

s-178

NP

844662-B

anth

racis-1

78

YP

036388

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gie

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78

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Proteobacteria

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Proteobacteria

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I

IIIII

ZP

01

11

52

83

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75

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95

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18

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-194

AA

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-194

ZP

00832085-Y

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-151

ZP

01535506-S

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188

ZP

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ZP

00822

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1995

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-18

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5797

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193

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cia-

187

AAL50015

-Bce

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-188

YP677362-

Chutch

insonii-

189

YP255894-S

acidocaldariu

s-191

YP023262-P

torridus-183

ZP 00609088-Facidarm

anus-184

CAJ38023-umethanogenic-

186

YP 285287-Daromatica-192

NP 900200-C violaceum-163

YP 285997-D aromatica-182

1RTT A-P aeruginosa-193

ZP 01427093-H aurantiacus-187

NP 001045430-O sativa-203

NP 001045429-O sativa-197

ABE79156-M truncatula-191

Q8H9D2-S tuberosum-194AAD37373-A thaliana-196NP 793482-P syringae-194ZP 01528230-P mendocina-184

YP 260394-P fluorescens-189

AAK56852-P putida-186

YP 609081-P entomophila-185

YP 296226-R eutropha-187

YP 584169-R metallidurans-186

NP 771427-B japonicum-183

ZP 00859672-B sp.-185

NP948210-R

palustris-186

YP318433-N

winogradskyi-185

YP577022-N

hamburgensis-185

ZP01445991-R

sp.-187

YP517447-D

hafniense-187

YP818357-L

mesenteroides-180

NP

784063-Lplantarum

-182

ZP01354102

-Cphytoferm

entans-184

YP

803580-Ppentosaceus-182

YP

810458

-Ooe

ni-185

NP

81540

4-E

faecalis-16

0

YP

395928

-Lsa

kei-1

85

ZP

00133903

-Aple

uro

pneum

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e-1

83

YP

08

7203

-Msu

ccinicip

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ns-1

83

YP

20

7281

-Ngon

orrh

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-161

NP

28347

3-N

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is-18

8

ZP

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38

05

33

-Blin

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90

NP

94

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5-C

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eria

e-1

78C

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47

91

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04

YP

46

640

2-A

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90

YP

76

52

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YP

47

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5-R

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19

0

ZP

01

045

53

2-N

sp

.-1

90

YP

57

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90

NP

102215-M

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92

NP

105517-M

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189

YP

428165-R

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84

ZP

01228551

-Asp

.-192

ZP

00628

659

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182

YP

0964

47-L

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-183

NP

5230

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sola

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-184

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84

YP

3707

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sp.-18

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5564

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-184

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6843

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84

ZP00

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-184

ZP01568266-

Bm

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ns-183

ZP00983603-B

dolosa-1

85

YP440554-B

thailandensis-

185

YP 106617-Bmallei-1

85

YP 112348-Bpseudomallei-1

85

ZP 01500943-Bphymatum-183

ZP 01508101-B phytofirmans-184

YP 555270-B xenovorans-184

CAJ50200-B avium-183

NP 884513-B parapertussis-184NP 880298-B pertussis-184NP 641810-X axonopodis-184YP 363265-X campestris-184

YP 200163-X oryzae-184

NP 636806-X campestris-184

ZP 01578107-D acidovorans-182

ZP 01518879-C testosteroni-185

YP 549190-P sp.-183

ZP 01020227-P naphthalenivoran-206

ZP 01407067-A avenae-184

ZP 01381431-A sp.-183

YP 412267-N multiformis-184

YP 523616-R ferrireducens-183

ZP 00590046-P phaeoclathratiforme-185

ZP00529808-C

phaeobacteroides-183

ZP01386182-C

ferrooxidans-190

NP662348-C

tepidum-187

ZP00864144-B

sp.-182

XP359693-M

grisea-210

XP748851-A

fumigatus-195

NP

013111-Scerevisiae

-191

XP

638939-D

discoideum-199

Q9F

AW

5-Bsp.-178

ZP

002366

72-B

cereus-178

ZP

011

84139

-Bw

eihenste

phanen

s-178

NP

844662-B

anth

racis-1

78

YP

036388

-Bth

urin

gie

nsis-1

78

0.1

Proteobacteria

Pro

teob

acte

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Prote

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Bactero

idetes

ARQUEA

Proteo-

bacteria

Proteobacteria

Chloroflexi

PL

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Proteo-bacteria

Proteobacteria

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bact

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Firmicu

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Proteobacteria

Firmicutes

MIC

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O

Proteobacteria

P

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teria

Proteobacteria

Proteo-bacteria

P

rote

obact

eria

Chl

orob

i

I

IIIII

78 Ramírez-Díaz MI, Riveros-Rosas H, Campos-García J y Cervantes C

REFERENCIAS

5. Cervantes C, Campos-Garcia J (2007) Reduction andefflux of chromate by bacteria. In: Molecular Microbi-ology of Heavy Metals, Springer-Verlag, Berlin. p. 407-420.

6. Luo H, Lu Y, Shi X, Mao Y, Dalal, NS (1996) Chro-mium (IV)-mediated Fenton-like reaction causes DNAdamage: Implication to genotoxicity of chromate. Ann.Clin. Lab. Sci. 26: 185-191.

7. De Flora S. 2000 Treshold mechanisms and site speci-ficity in chromium (VI) carcinogenesis. Carcinogenesis21: 533-541.

8. Ramírez-Díaz MI, Díaz-Pérez C, Vargas E, Riveros-Rosas E Campos-García J, Cervantes C (2008) Mecha-nisms of bacterial resistance to chromium compounds.Biometals 21: 321-32.

1. Cervantes C, Moreno R (1999) Contaminaciónambiental por metales pesados. A.G.T. Editor, S. A.México. p. 157.

2. Riley RG, Zachara JM, Wobber FJ (1992) Chemical con-taminants on DOE lands and selection of contaminantmixtures for subsurface science research. Report DOE/ER-0547T. US Department of Energy, Washington, DC

3. Zayed A, Terry N (2003) Chromium in the environment:factors affecting biological remediation. Plant Soil 249:139-156.

4. Cervantes C, Campos-García J, Devars S, Gutiérrez-Co-rona F, Loza-Tavera H, Torres-Guzmán JC, Moreno-Sánchez R (2001) Interactions of chromium with mi-croorganisms and plants. FEMS Microbiol. Rev. 25:335-347.

bioquímicos, seguidos de la filtración/sedimentación. Sin embargo, la elimi-nación del cromato por estos métodosresulta costosa e ineficiente (1).Apar-tir de que se ha encontrado que unagran cantidad de microorganismos ais-lados, tanto de sitos contaminados concromato como de ecosistemas natura-les no contaminados, con capacidadpara reducir Cr(VI), estos organismoshan sido propuestos como alternativasbiotecnológicas para la biorreme-diación de la contaminación porcromato (4).

En este contexto, se han descritomicroorganismos con potencial enbiorremediación como la bacteriaGram negativa Serratia marcescens,aislada de un efluente terciario (aguascon desechos sólidos, líquidos o ga-seosos), la cual es capaz de reducirCr (VI) y remover cerca del 80% delcromato presente en el medio (15).Por otro lado, el desarrollo de cepasbacterianas con capacidad mejoradapara la resistencia y reducción deCr(VI) se ha considerado como unaaproximación inicial para labiorremediación de cromato (16). En

este sentido, la proteína ChrR6, unamutante de la enzima ChrR generadapor medio de evolución dirigida, mos-tró un marcado incremento en su ca-pacidad de remediación de cromato.La proteína ChrR6 presentóparámetros cinéticos superiores parala reducción de cromato en todas lascondiciones analizadas; reflejo de estoes el aumento de 300 veces en su efi-cacia catalítica (medida como el co-ciente kcat/Km). Así, se ha propuestoque esta enzima puede convertir a E.coli en una bacteria eficiente para laremediación de cromato (16).

En síntesis, es previsible en unfuturo cercano, el uso de losmicroorganismos ya sea nativos omodificados genéticamente, para fa-vorecer la remoción del Cr (VI) deambientes contaminados.

ConclusionesLos microorganismos han desarrolla-do diversos mecanismos para comba-tir la toxicidad del cromato. Entre ellosse encuentra la reducción de cromato.Se ha reportado que muchas especiesbacterianas reducen Cr (VI) a Cr (III);

sin embargo, las propiedadesbioquímicas de las cromatoreductasas han sido dilucidadas sólopara algunas enzimas. La amplia di-versidad de estas enzimas, así comola multiplicidad de funciones que de-sarrollan, apoyan la hipótesis de quela reducción del cromato es una fun-ción secundaria adquirida por las di-ferentes cromato reductasas. No obs-tante, aunque la función fisiológicade las cromato reductasas ChrR de P.putida y YieF de E. coli es incierta,éstas son enzimas con propiedadespromisorias para estudios debiorremediación principalmente parala generación de cepas reductoras decromato más eficientes.

Agradecimiento. La investigación denuestros laboratorios ha contado conapoyos de la Coordinación de la In-vestigación Científica (UMSNH), delConsejo Estatal de Ciencia y Tecno-logía del Estado de Michoacán(COECYT) y el Programa de Apoyoa Proyectos de Investigación(PAPIIT-UNAM IN208308).

79REB 28(3): 73-79, 2009 Reducción bacteriana de cromo hexavalente

ductase of Arabidopsis thaliana, a functional homologueof animal DT_diaphorase. FEBS Lett. 463: 382-386.

14. Riveros-Rosas H, Julián-Sánchez A, Villalobos-MolinaR, Pardo JP, Piña E (2003) Diversity, taxonomy and evo-lution of medium-chain dehydrogenase/reductase super-family. Eur. J. Biochem. 270: 3309-3334.

15. Suzuki Y, Yoda T, Ruhul A, Sugiura W (2001) Molecu-lar cloning and characterization of the gene coding forazoreductase from Bacillus sp. OY1-2 isolated from soil.J. Biol. Chem. 276: 9059-9065.

16. Liger D, Graille M, Zhou CZ, Leulliot N, Quevillon-Cheruel S, Blondeau K, Janin J, Van Tilbeurgh H (2004)Crystal structure and functional characterization of yeastYLR011wp, an enzyme with NAD(P)H-FMN and ferriciron reductase activities. J. Biol. Chem. 279: 34890-34897.

9. Ishibashi Y, Cervantes C, Silver S (1990) Chromium re-duction in Pseudomonas putida. Appl. Environ.Microbiol. 56: 2268-2270.

10. Park CH, Keyhan M, Wielinga B, Fendorf S, Matin A(2000) Purification to homogeneity and characteriza-tion of a novel Pseudomonas putida chromate reduc-tase. Appl. Environ. Microbiol. 66: 1788-1795.

11. Ackerley DF, Gonzalez CF, Park CH, Blake R, KeyhanM, Matin A (2004) Chromate-reducing properties ofsoluble flavoproteins from Pseudomonas putida and Es-cherichia coli. Appl. Environ. Microbiol. 70: 873-882.

12. González CF, Ackerley DF, Lynch SV, Matin A (2005)ChrR, a soluble quinone reductase of Pseudomonasputida that defends against H2O2. J. Biol. Chem. 280:22590-22595.

13. Sparla F, Tedeschi G, Pupillo P, Trost P (1999) Cloningand heterologous expression of NAD(P)H:quinone re-