BIOREMEDIACION EN ACUICULTURA

John Salazar Fiallo ARKEASLAB 2015

EL SUELO • • • • • • • • • • • •

Agua Arcilla Limo Arena Materia orgánica Raíces Protozoarios Nematodos Ácaros Bacterias quimiorganotrofas Hongos micorrizas Hongos saprofitos

AREA INTERMAREAL

ALGAS MOP MICRO ORGANISMOS

CAMARONES PECES

ALIMENTO BALANCEADO FERTILIZANTES MELAZA CAL OTROS

HECES SOLIDAS / LIQUIDAS MUDAS + MO DEL SUELO

CAPACIDAD DE CARGA ?

El estado del Material orgánico de los fondos de los estanques es proporcional a nuestra habilidad y conocimiento en el manejo de piscinas. Las afectaciones y consecuencias de esto se pueden observar a corto plazo

Patología

Ambiente no sano

BIOREMEDIACION o La Bioremediacion es un proceso que utiliza las habilidades catalíticas de microorganismos vivos para un aumento de la velocidad en la destrucción de contaminantes. (Autry y Ellis 1992, Liu y Suflita 1993) o Las comunidades naturales no pueden ser capaces de llevar a cabo los procesos de biodegradación a la velocidad deseada debido a factores físicos o nutricionales limitantes.

BACTERIAS INTERACCION METABOLICA

JUEGAN UN ROL IMPORTANTE EN LA DINAMICA DE NUTRIENTES EN LOS SISTEMAS DE PRODUCCION DE ACUACULTURA

OXIDACION

PRINCIPALES RESPONSABLES DE MANTENER EL EQUILIBRIO ECOLOGICO ENTRE MATERIALES VIVOS O MUERTOS EN EL SUELO Y AGUA

TODOS LOS CICLOS BIOGEOQUIMICOS ESTAN VINCULADOS Y EL METABOLISMO RELACIONADO CON LA TRANSFORMACION DE ESTOS NUTRIENTES, TIENE IMPACTO GLOBAL.

(Prescott et.al 2002)

REDUCCION

CARBONO NITROGENO AZUFRE FOSFORO HIERRO MANGANESO

CICLO BIOGEOQUIMICO

ARKEAS

COMPONENTES BASICOS PARA UN PROCESO DE BIOREMEDIACIÓN

Aceptor de Electrones

ENERGIA

SUSTRATO SSS

Células Donador de Electrones

CO2

Acetato Residuos

Lípidos

Domésticos DONADORES DE ELECTRONES

Piruvato

Carbohidratos

Proteínas

Metanol

QUE HACE LA BIOREMEDIACIÓN BIOTRANSFORMACION

 La actividad biológica altera la estructura molecular de los materiales y el grado de alteración determina si se ha producido una biotransformacion o mineralización.

• DESCOMPOSICION DE UN COMPUESTO ORGANICO EN OTRO SIMILAR NO CONTAMINANTE O MENOS TOXICO.

MINERALIZACION

• ES LA DESCOMPOSICION A DIOXIDO DE CARBONO, AGUA Y COMPUESTOS CELULARES.

UNA RUPTURA DE UN COMPUESTO ORGANICO EN FRAGMENTOS ORGANICOS DE FORMA QUE LA MOLECULA ORIGINAL PODRIA SER RECONSTRUIDA.

UN CAMBIO MENOR EN LOS GRUPOS FUNCIONALES UNIDOS A UN COMPUESTO ORGANICO.

BIODEGRADACION

LA DEGRADACION COMPLETA DE UN COMPUESTO ORGANICO A MINERALES.

MOVILIZACION DE NUTRIENTES DESORCION SOLUBILIZACION

MINERALIZACION

CONSORCIOS BACTERIANOS PROBIOTICOS

• Liofilizados (con vehículo) sólido • Adheridos–esporulados (con vehículo o núcleo incluido enzimas) sólido • En suspensión (status pre-mortem) líquido • Enzimas. • En suspensión (status vivo) en medio nutriente. (Sólido, líquido Y microencapsulados)

NECESIDADES NUTRICIONALES DE MICROORGANISMOS Y CLASIFICACION FUENTES DE CARBONO

95%

AUTOTROFOS

CARBONO

OXIGENO

NITROGENO

HIDROGENO

FOSFORO

AZUFRE

CALCIO

POTASIO

MAGNESIO

HIERRO

HETEROTROFOS

FUENTES DE ENERGIA FOTOTROFOS

QUIMIOTROFOS

FUENTES DE ELECTRONES LITOTROFOS

ORGANOTROFOS

FACTORES A CONSIDERAR Adaptación

Sobrevivencia y

Incapacidad de Contacto

Competencia

Microhabitad y Nutrientes

Carga Energética

Depredación

CONSIDERACIONES BASICAS

• • • • • •

Principio de Adaptación Afectación por pH Temperatura Escases de Nutrientes Factores de Afectación Depredación

PRINCIPIOS DE ADAPTACION • La distribución y funcionamiento de las poblaciones microbianas están fuertemente influidas por factores abióticos. • La limitación de nutrientes y la tolerancia ambiental regulan o excluyen la existencia de microorganismos en diferentes ambientes. • Los microorganismos poseen limites inferiores y superiores de tolerancia así como óptimos para los diferentes factores abióticos

CARACTERÍSTICAS DE ADAPTACIÓN, CRECIMIENTO Y ESTABILIZACIÓN DE UN PRODUCTO BIOLOGICO APLICADO

ADAPTACIÓN (LATENCIA)

Log. del numero Celulas viables

NO HAY DIVISION CELULAR NO HAY INCREMENTO NETO DE MASA LA CELULA ESTA SINTETIZANDO NUEVOS COMPONENTES CELULAS ENVEJECIDAS CARECEN DE PROVISION SUFICIENTE DE ATP LA INOCULACION EN UN MEDIO QUIMICAMENTE DIFERENTE GENERA UNA FASE DE LATENCIA MAS LARGA

TIEMPO

CRECIMIENTO EXPONENCIAL CRECEN Y SE DIVIDEN A LA VELOCIDAD MAXIMA POSIBLE QUE LE PERMITE SU POTENCIAL GENETICO LAS CONDICIONES DE CULTIVO SON OPTIMAS SI SE HAN ADAPTADO A LA NATURALEZA DEL MEDIO DURANTE ESTA FASE LA POBLACION ES MUY UNIFORME EN CUANTO A SUS PROPIEDADES QUIMICAS Y FISIOLOGICAS

TIEMPO

CRECIMIENTO ESTACIONARIO EL CRECIMIENTO SE DETIENE Y LA CURVA SE HACE HORIZONTAL

EN ESTA FASE LOS CULTIVOS LLEGAN A 1 x 10 ? E EL TAMAÑO DE LA POBLACION FINAL VARIA EN FUNCION DE LA DISPONIBILIDAD DE NUTRIENTES, OTROS FACTORES Y EL TIPO DE MICROORGANISMO

TIEMPO

SENECENCIA INCAPACIDAD DE CRECER Y REPRODUCIRSE CNV RESPUESTA GENETICA DESENCADENADA MUERTE CELULAR PROGAMADA

AFECTACION POR pH • Directa afectación sobre la envoltura celular generando disociación, protonación de macromoléculas : las proteínas de superficie celular, membrana citoplasmática, distribución de cargas locales en forma diferente. • Cambios de morfología celular, incorrecta división celular, cambios en la adhesión, floculación, etc. • Intentos de mantener el pH interior cercano a la neutralidad. • Conservación de su integridad

TEMPERATURA

RANGO DE CRECIMIENTO

INCREMENTO DE LAS REACCIONES ENZIMÁTICAS

ÓPTIMO BACTERIAS

MÍNIMO TEMPERATURA PROCESOS DE TRANSPORTE DE MEMBRANA SON LENTOS NO OCURRE CRECIMIENTO

MÁXIMO

DESNATURALIZACION PROTEICA, COLAPSO DE MEMBRANA CITOPLASMATICA, LISIS TERMAL.

ESCASEZ DE NUTRIENTES

 La reducción de los nutrientes , limita los componentes celulares que los contienen. • Obliga a reorganizar metabólicas celulares sustratos alternativos.

sus rutas utilizando

• Alteran la superficie celular e inducen a sistemas de alta afinidad. • Reducción de la velocidad de desarrollo celular dando lugar a mini células. • Generando Estados de dormancia y esporulación.

FACTORES DE AFECTACION 1.-FACTOR: Posibilidades de establecer incompatibilidades con microorganismos autoctonos. 2.-FACTOR: Incapacidad de los microorganismos inoculados de contactar los compuestos a degradar. 3.-FACTOR: Los microorganismos pueden convertirse en una fuente importante de alimentación de los depredadores del suelo (protozoos).

DIAGRAMA CONCEPTUAL DEL FLUJO DE CARBONO DURANTE LA DESCOMPOSICION DEL SUSTRATO MODELO AGREN & BOSSATA

Co2

SUELO – SUSTRATO - DETRITUS

BIOMASA MICROBIANA

N2

CICLO DEL NITROGENO

MO

NH3 AMONIACO

PARAMETROS DE CONTROL EN UNA BIOREMEDIACION • • • • • • • • •

Metabolismo del suelo : co2 Redox : suelo / agua pH Temperatura Amonio Nitritos Nitratos Relación C/N Materia orgánica

RESPIROMETRO

MEDICION DE RESPIRACION DEL SUELO

FRASCO DE VIDRIO

CO2 CO2

HIDROXIDO DE SODIO

FONDO / SUSTRATO

RESPIROMETRIA IN SITU

RESPIROMETRIA IN LAB

Hidroxido de sodio

Vaso de Vidrio

RESPIROMETRIA IN LAB II

Cálculos de Respirometria • • • • • • • •

Mlg. de Co2 = (B – V) x N x Z B= Volumen gastado de HCL en blanco KOH V= ´´ ´´ ´´ HCL en muestra N= Normalidad del HCL Z = Peso equivalente del Co2 = 22 KOH 0.1N HCL 0.1N Rango normal: 125 mg/m2

POTENCIAL REDOX COMO CONDICION ECOLOGICA BACTERIAS AEROBICAS POLIQUETOS, COPEPODOS, LAMELIBRANQUIOS, PLATELMINTOS, CILIADOS Y NEMATODOS

ZONA OXIDADA

ZONA REDUCIDA

BACTERIAS ANAEROBICAS

O2 O2 RECUPERACION DE NUTRIENTES HACIA ARRIBA EN FORMA DE GASES

PERFIL VERTICAL DEL REDOX (MV) EN SEDIMENTOS ACEPTADOR DE ELECTRONES

RESPIRACION ANAEROBICA

RESPIRACION AEROBICA

(Denitrificación) (Reducción de sulfato) (Metanogenesis)

+800

O2

+450

NO3 nitrato

-150 -250

SO4-2 sulfato CO2

PRODUCTO

H2O NO2 N2 H2S CH4

SECUENCIA DE UTILIZACION DE ACEPTORES DE ELECTRONES EN SEDIMENTOS MARINOS CO2 SUPERFICIE DE SEDIMENTOS

ACEPTORES DE ELECTRONES H2O N2 H2S

O2

RESPIRACION AEROBICA

NO3 SO42

CO2 CH4

PROFUNDIDAD (CM)

DENITRIFICACION

MATERIA ORGANICA

0 - 0.5 0.5 - 5

REDUCCION DE SULFATO 5 - 100 METANOGENESIS

bajo 100

DISTRIBUCIÓN HORIZONTAL DEL REDOX EN +/- mV. (Suelo reducido)

Redox +

Redox Redox -

Redox + Redox Redox Redox + Redox Redox +

CONCLUSIONES Y RETOS • ES IMPORTANTE Y NECESARIO CONOCER DE MANERA TECNICA LA EFICIENCIA DE UN PROBIÓTICO ANTES DE USARLO. • EVALUAR EL OBJETIVO (EL PROBLEMA A REMEDIAR) PARA SELECCIONAR LA HERRAMIENTA BIOLOGICA MÁS IDONEA A UTILIZAR. • MUESTREOS PARALELOS A LOS ANÁLISIS QUÍMICOS DE AGUASUELO. • TENER COMO OBJETIVO FINAL LA ELABORACION DE NUESTROS PROPIOS AISLADOS, GENERAR NUESTRA PROPIA TECNOLOGIA, YA TENEMOS ALGUN TIEMPO Y RESULTADOS COMO PARA IR CREANDO NUESTROS PROPIOS CONCEPTOS.

GRACIAS POR SU ATENCION [email protected]