Bioprospección de bacterias obtenidas de suelo y su aplicación potencial en la producción de polihidroxialcanoatos (PHAs)

Araya Chaves, V. (2019). Bioprospección de bacterias obtenidas de suelo y su aplicación potencial en la producción de Polihidroxialcanoatos (PHAs). (Tesis de Licenciatura). Universidad Nacional, Heredia, Costa Rica.

Los plásticos sintéticos ocasionan una grave problemática ambiental debido a que son muy resistentes y su degradación es muy lenta, por lo que se acumulan y persisten en el ambiente. Esto ocasiona la contaminación de cuerpos de agua y suelo y a su vez generan un impacto en los ecosistemas, viéndose afectados animales como peces, tortugas, aves y mamíferos acuáticos. Como alternativa, surgen los bioplásticos como los polihidroxialcanoatos (PHA) los cuales son más amigables con el ambiente. Estos son biopolímeros producidos por bacterias los cuales se acumulan en forma de gránulos en el citoplasma como reservorio de energía en condiciones estresantes. La síntesis y degradación de los PHAs es totalmente compatible con el ciclo del carbono y son llamados “polímeros doblemente verdes”, por su origen de fuentes renovables y al ser biodegradables. Lo que se pretende con el presente estudio es la búsqueda de cepas bacterianas que tengan la capacidad de producir este tipo de bioplásticos, para llevar a cabo el desarrollo de la fase preliminar en la producción de PHAs a nivel industrial. Se realizaron muestreos en suelos agrícolas para el aislamiento de bacterias con capacidad de producir PHAs. Por medio de la técnica de aislamiento y siembra en placa se lograron aislar y purificar 31 cepas bacterianas. Mediante microscopía de fluorescencia y cuantificación de PHAs se obtuvo que nueve de estos aislamientos tienen la capacidad de producir PHAs. A través de la identificación molecular utilizando el marcador genético 16S se logró identificar a nivel de género Bacillus, Pseudomonas, Staphylococcus, Citrobacter y Serratia. Estos presentan diferencias estadísticamente significativas en la producción de PHAs. Dentro del género Bacillus se presentan variaciones en cuanto al rendimiento y producción de PHAs, siendo la cepa PC3 la mayor acumuladora, inclusive por encima del control Cupriavidus necator. Por lo que la cepa PC3 produce PHA a niveles considerables, no obstante es importante el desarrollo de curvas de crecimiento y monitoreo de pH y oxígeno para optimizar la producción de PHAs tanto en esta cepa como en los demás aislamientos bacterianos relacionados filogenéticamente con el género Bacillus y Pseudomonas.

Synthetic plastics cause a serious environmental problem because they are very resistant and their degradation is very slow, so they accumulate and persist in the environment. This causes the contamination of bodies of water and soil and in turn generates an impact on ecosystems, affecting animals such as fish, turtles, birds and aquatic mammals. As an alternative, bioplastics such as polyhydroxyalkanoates (PHA) appear, which are more environmentally friendly. These are biopolymers produced by bacteria which accumulate in the form of granules in the cytoplasm as a reservoir of energy under stressful conditions. The synthesis and degradation of PHAs is fully compatible with the carbon cycle and they are called "doubly green polymers", due to their origin from renewable sources and because they are biodegradable. What is intended with this study is the search for bacterial strains that have the capacity to produce this type of bioplastics, to carry out the development of the preliminary phase in the production of PHAs at an industrial level. Samples were carried out in agricultural soils for the isolation of bacteria with the capacity to produce PHAs. Through the isolation and plating technique, 31 bacterial strains were isolated and purified. By fluorescence microscopy and quantification of PHAs it was obtained that nine of these isolates have the capacity to produce PHAs. Through molecular identification using the 16S genetic marker, it was possible to identify Bacillus, Pseudomonas, Staphylococcus, Citrobacter and Serratia at the genus level. These present statistically significant differences in the production of PHAs. Within the genus Bacillus there are variations in terms of the yield and production of PHAs, with the PC3 strain being the largest accumulator, even above the Cupriavidus necator control. Therefore, the PC3 strain produces PHA at considerable levels, however it is important to develop growth curves and pH and oxygen monitoring to optimize the production of PHAs both in this strain and in the other bacterial isolates phylogenetically related to the Bacillus genus. and Pseudomonas.

Universidad Nacional, Costa Rica

Escuela de Ciencias Biológicas