Biotecnología de los Microorganismos: consorcios y cultivos mixtos

La provisión de agua potable depende en gran parte del territorio de nuestro país de fuentes de agua subterráneas. La contaminación por nitratos de las aguas freáticas es un problema que aumenta a nivel mundial producto del crecimiento demográfico y la intensificación de la agricultura y cría de ganado que traen aparejados filtraciones de pozos ciegos o cloacas en mal estado, cerca de las zonas urbanas y lavado de fertilizantes aplicados al suelo o heces animales, en zonas agrícolas.

La presencia de nitratos en aguas de consumo es nociva para la salud de la población. Puede provocar trastornos agudos como la metahemoglobinemia en el caso de adultos mayores y niños pequeños, o trastornos a largo plazo, ya que la formación de nitrosaminas y nitrosamidas en el estómago está asociada con el desarrollo de cáncer2.

La reducción del contenido de nitratos en agua puede realizarse por distintos métodos: dilución con agua no contaminada, intercambio aniónico en resinas (IA), ósmosis inversa (OI) y sofisticados métodos electroquímicos3. Los métodos más utilizados, IA y OI, tienen el inconveniente de generar una corriente de descarte concentrada en nitratos y otras sales, cuya disposición adecuada es problemática. Por otra parte, la alternativa de desnitrificación biológica posee la ventaja de transformar el nitrato en nitrógeno gaseoso, el cual puede liberarse sin riesgo en el medio ambiente, resultando un método amigable desde el punto de vista ambiental 4,5. La desnitrificación biológica ha sido empleada exitosamente en otras partes del mundo 6. Sin embargo, aún no se ha aplicado en Argentina principalmente debido a la falta de adecuación de las condiciones operativas al escenario local. Dicho contexto está determinado por la composición del agua subterránea, la disponibilidad de material de relleno y fuentes de carbono, así como también incluye el conocimiento de la microbiota autóctona, todo lo cual es esencial para garantizar un proceso robusto y estable.

El objetivo general de este proyecto es estudiar las condiciones necesarias para el establecimiento del proceso de desnitrificación biológica aplicado a la remoción de nitratos en agua de consumo proveniente de napas subterráneas.

Este proyecto cuenta con financiación del convenio CONICET- AySA 1555/17

A nivel mundial hay una tendencia al remplazo del uso de combustibles fósiles por fuentes de energía renovable, con balance de carbono neutro o negativo, que minimicen el impacto ambiental asociado al efecto invernadero 78. Una alternativa a la utilización de combustibles fósiles es el biogás el cual puede aprovecharse para obtener energía témica, generar electricidad o inclusive quemar directamente en motores de automóviles adaptados910. El biogás puede obtenerse como subproducto en actividades de disposición de residuos en rellenos sanitarios o en el tratamiento anaeróbico de efluentes, ambas llevadas a cabo en forma frecuente en nuestro país. Actualmente en la Argentina se está avanzando en el desarrollo de procesos cuyo objetivo es generar biogás como producto principal. Este es el caso, por ejemplo, de la digestión anaeróbica (DA) de mezclas de residuos sólidos o de la codigestión de desechos agropecuarios habiéndose instalado algunos digestores en forma reciente 11,12. El proceso de DA es llevado a cabo por una comunidad microbiana compleja la cual se divide en gremios interrelacionados capaces de realizar los cuatro pasos secuenciales del proceso: hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis1314.
Aunque la DA es una tecnología consolidada todavía resta comprender cuales son los miembros clave del consorcio y cuáles son las asociaciones entre ellos y a su vez con el comportamiento del sistema1516. La puesta en marcha del proceso de DA implica la selección, mediante al ajuste de las condiciones ambientales y operativas, de un consorcio microbiano autoensamblado capaz de completar todos los pasos metabólicos necesarios, es un proceso largo y susceptible de sufrir inconvenientes. Incluso una vez en régimen, suelen ocurrir alteraciones del proceso que conducen a la inhibición de alguno de los gremios microbianos dando lugar a pérdidas económicas y temporales. Dado que la estabilidad y función de un reactor anaeróbico dependen de la estructura de la comunidad microbiana, la comprensión de la composición e interacciones del microbioma es esencial para mejorar la robustez del proceso y acelerar tanto la puesta en marcha, como la recuperación posterior a un disturbio 17.
El objetivo general de este proyecto es profundizar en el estudio de las interacciones que rigen entre los microorganismos que llevan a cabo la digestión anaeróbica. Para avanzar en este sentido nos proponemos ensamblar por primera vez consorcios sintéticos de microorganismos capaces de generar metano a partir de sustratos complejos. Su construcción nos permitirá analizar a futuro diferentes hipótesis relacionadas con la importancia de las interacciones, su asociación con la estructura y dinámica de la comunidad y sus implicancias en la función de sistemas de producción de biogás.
El proyecto cuenta con financiación PICT 2018

La descomposición de hojarasca es un proceso ecológico clave que determina el ciclado de carbono y nutrientes en los ecosistemas terrestres.

Estudios recientes proponen que existe una afinidad entre el material senescente y la comunidad de microorganismos bajo su canopeo. Esta interacción, que recibe el nombre de ’home-field advantage (HFA)’, propone que la hojarasca producida por un individuo se descompondrá más rápidamente debajo del mismo que bajo un individuo de otra especie. Sin embargo, los mecanismos involucrados no son del todo claros.

El HFA ha sido registrado y cuantificado a campo para distintas especies de Nothofagus del Parque Nacional Lanín (Patagonia, Argentina).

En este trabajo se propone evaluar, en condiciones controladas de laboratorio, si las distintas especies de hojarasca de Nothofagus (N. dombeyi, N. nervosa y N. obliqua) que han sido enfrentadas a un mismo inóculo microbiano, tienen un efecto sobre la estructura de las comunidades microbianas descomponedoras y sobre la producción de enzimas extracelulares relacionadas con su degradación.