Author: MIRIAM AHUACTZIN PEREZ

Biodegradación de ftalatos por Pleurotus ostreatus y Fusarium culmorum crecidos en medio líquido

MIRIAM AHUACTZIN PEREZ (2017)

Los ftalatos son diésteres aromáticos ampliamente utilizados como plastificantes, estos compuestos además de ser contaminantes desempeñan un papel como disruptores endócrinos. El ftalato más empleado es el di (2-etilhexil) ftalato (DEHF), seguido por dibutil ftalato (DBF), estos compuestos han sido detectados en suelo, agua, alimentos, pescado y efluentes industriales. En esta investigación se evaluaron diferentes parámetros para los hongos Fusarium culmorum y Pleurotus ostreatus crecidos en concentraciones de 1000 y 500 mg/l de DEHF y DBF, como la velocidad específica de crecimiento (µ) y la biomasa máxima producida (Xmáx), el consumo de glucosa, la constante de biodegradación (k) para DBF y DEHF la eficiencia de remoción (%), actividades enzimáticas de lacasas y esterasas al igual que los rendimientos de las enzimas con respecto al sustrato (YE/X), la productividad enzimática (P= Emáx/h), la actividad enzimática máxima (Emáx) y la tasa específica de formación de la enzima qp= (μ) (YE/X).

Se identificaron diferentes intermediarios en la biodegradación de DEHF y DBF por GC-MS y a partir de eso se propusieron rutas de degradación para estos compuestos empleando un modelo de química cuántica. Fusarium culmorum mostró la mayor μ (0.05 h-1) en el medio con 1000 mg/l de DEHF. Tanto P. ostreatus como F. culmorum consumieron alrededor de un 95 % de la glucosa en los medios que contenían DEHF 1000 mg/l durante las 360 y 144 h de crecimiento, respectivamente. La mayor Xmáx y el mayor YX/S se presentaron tanto para P. ostreatus como para F. culmorum en el medio conteniendo 1000 mg/l de DEHF. Pleurotus ostreatus mostró la mayor Xmáx y el v mayor YX/S obteniendo un valor de 7.69 g/l y 0.76 gX/gS, respectivamente. El pH de los cultivos de P. ostreatus que contenían ftalatos disminuyeron mostrando valores cercanos a un pH de 4. El pH de los cultivos de F. culmorum incrementaron sus valores obteniendo un pH cercano del valor neutro. Pleurotus ostreatus mostró la mayor producción y Emáx de enzimas lacasas en el medio que contenía 1000 mg/l de DEHF, mostrando valores de 11508 U/l. La mayor actividad y Emáx de enzimas esterasas fue de 4765 U/l, producida por el hongo F. culmorum en el medio conteniendo 1000 mg/l de DEHF.

Los mayores parámetros cinéticos enzimáticos los presentó P. ostreatus para las enzimas lacasas en el medio conteniendo 1000 mg/l de DEHF. Fusarium culmorum mostró los mayores parámetros cinéticos de enzimas esterasas en los medios que contenían 1000 mg/l de DEHF y DBF. Pleurotus ostreatus y F. culmorum obtuvieron más del 90 % de remoción de ambos ftalatos a partir de las 300 y 72 h de crecimiento, respectivamente. Con base en los estudios de química cuántica se pudo observar que P. ostreatus siguió una ruta de degradación metabolizando el DEHF a ácido ftálico, ácido acético y hexanal. El DBF fue metabolizado a ácido ftálico y ácido acético. Éste, posteriormente, lo mineralizó completamente a CO2. Fusarium culmorum fue capaz de metabolizar el DEHF obteniendo como producto final butanediol y el DBF lo metabolizó a ácido fumárico y ácido málico, metabolitos detectados por GC-MS y analizados por el intercambio de electrones que nos permitió observar el estudio de química cuántica. P. ostreatus y F. culmorum ofrecen un gran potencial en la biorremediación de lugares contaminado con DEHF y DBF, ya que utilizan estos contaminantes como fuente de carbono y energía.

Phthalates are aromatic diesters widely used as plasticizers. These compounds are also pollutants and endocrine disruptors. The most commonly used phthalate is di (2 ethylhexyl) phthalate (DEHP), followed by dibutyl phthalate (DBP). These compounds have been detected in soil, water, food, fish and industrial effluents. Growth kinetics (μ and Xmáx), glucose consumption, constant biodegradation (k) for dibutyl phthalate (DBP) and di (2-ethylhexyl) phthalate (DEHP), percentage of removal efficiency, laccases and esterase activities and enzymatic performance were evaluated for Fusarium culmorum and Pleurotus ostreatus grown on media containing glucose and different concentrations of DEHP and DBP (0, 500 and 1000 mg/l). Different intermediates in the biodegradation of DEHP and DBF by GC-MS were identified and degradation pathways for these compounds were proposed using quantum chemical modeling. The greatest µ (0.05 h-1) occurred in media supplemented with 1000 mg/l of DEHP/l. P. ostreatus and F. culmorum consumed 95% of glucose in media containing 1000 mg/l de DEHP/l within 360 and 144 h of growth, respectively. The greatest Xmáx and the largest YX/S occurred in media supplemented with 1000 mg/l of DEHP/l for these fungi. The pH of cultures of P. ostreatus containing phthalates decreased, presenting values close to pH 4 while pH of F. culmorum increased pH close neutral value.

The greatest production and laccase activity were observed in media containing 1000 mg/l of DEHP/l for P. ostreatus. The greatest production and esterase activity were observed in media containing 1000 mg/l de DEHP/l for F. culmorum. The higher enzymatic yield parameters occurred in media supplemented with 1000 mg/l de DEHP/l for these fungi. vii These fungi could degrade more than 90% of both phthalates and metabolized to intermediates of different metabolic pathways (Krebs Cycle and butanediol fermentation). The compounds of biodegradation of DEHP were identified by GC˗MS. A DEHP and DBP biodegradation pathway by F. culmorum and P. ostreatus were proposed using quantum chemical modeling. P. ostreatus and F. culmorum offer great potential in bioremediation of sites contaminated with DEHP and DBF as they use these pollutants as carbon and energy source.

Master thesis

Ésteres Biodegradación Compuestos orgánicos Enzimas BIOLOGÍA Y QUÍMICA