Uso de los sistemas de enzimas ligninolíticas de hongos Corticales y Geastrales para la degradación de colorantes de industriales

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La liberación de efluentes coloreados de la industria textil a los cursos de agua constituye un grave problema ambiental, no sólo por la toxicidad de los colorantes sino también porque pueden alterar el pH, incrementar las demandas biológica y química de oxígeno, y afectar la fotosíntesis. En la act...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Majul, Leonardo Matías
Otros Autores: Wirth, Sonia Alejandra
Formato: Tesis doctoral publishedVersion
Lenguaje:Español
Publicado: Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales 2020
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6851_Majul
http://repositoriouba.sisbi.uba.ar/gsdl/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=aextesis&d=tesis_n6851_Majul_oai
Aporte de:
Repositorio Digital de la Universidad de Buenos Aires (UBA) de Universidad de Buenos Aires
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description La liberación de efluentes coloreados de la industria textil a los cursos de agua constituye un grave problema ambiental, no sólo por la toxicidad de los colorantes sino también porque pueden alterar el pH, incrementar las demandas biológica y química de oxígeno, y afectar la fotosíntesis. En la actualidad estos efluentes son tratados mediante métodos físico-químicos que presentan grandes desventajas: son costosos, energéticamente ineficientes y de versatilidad limitada. El objetivo de la presente tesis fue estudiar distintos enfoques que contribuyan al desarrollo de sistemas eficientes para la remoción de colorantes sintéticos en efluentes industriales. En una primera etapa se trabajó en el diseño de sistemas basados en el uso de Basidiomycetes lignocelulolíticos de hábito corticioide, inmovilizados sobre soportes inertes y mixtos y en la optimización de la producción de enzimas ligninolíticas. Para ello, se aislaron e identificaron mediante caracteres morfológicos y moleculares, 13 cepas de hongos corticioides, en los cuales se analizó su capacidad de producir enzimas ligninolíticas en distintos medios y condiciones de cultivo. Este análisis permitió seleccionar dos candidatos: Phlebia uda BAFC 4689 y Peniophora laxitexta BAFC 4687, debido a su capacidad para producir altos títulos de actividad lacasa en fermentación sumergida. Estos organismos se inmovilizaron en soportes mixtos constituidos por discos de esponja de poliuretano y diversos residuos lignocelulósicos. En este sistema P. laxitexta fue capaz de remover eficientemente hasta el 90% de los colorantes xilidina y RBBR en al menos tres ciclos de incubación consecutivos y el colorante verde de malaquita en al menos 10 ciclos, demostrando su potencial para el tratamiento de efluentes coloreados industriales. En el segundo capítulo de esta tesis se trabajó en la búsqueda de nuevas fuentes de enzimas ligninolíticas, con capacidad para degradar colorantes sintéticos. Para ello se evaluó la producción de enzimas ligninolíticas por distintas especies de Geastrum: G. argentinum BAFC 3282, G. triplex BAFC 3013 y G. schweinitzii BAFC 3002. Estos organismos, presentes en suelos alcalinos, han sido escasamente estudiados debido a la dificultad que presentan para su cultivo. En este trabajo se optimizaron las condiciones de cultivo de estas cepas en fermentación en estado sólido, utilizando distintos sustratos lignocelulósicos, evaluándose la expresión de enzimas lignocelulolíticas a través de la cuantificación de las actividades en extractos de los cultivos y por secuenciación masiva de los transcriptomas de G. argentinum y G. schweinitzii crecidos en cascarilla de soja. El ensamblado y anotación in silico de los transcriptos secuenciados permitió la identificación de más de 450 secuencias codificantes de enzimas activas sobre carbohidratos (CAZymes), incluyendo lacasas y peroxidasas con potencial aplicación en el tratamiento enzimático de efluentes.
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En una primera etapa se trabajó en el diseño de sistemas basados en el uso de Basidiomycetes lignocelulolíticos de hábito corticioide, inmovilizados sobre soportes inertes y mixtos y en la optimización de la producción de enzimas ligninolíticas. Para ello, se aislaron e identificaron mediante caracteres morfológicos y moleculares, 13 cepas de hongos corticioides, en los cuales se analizó su capacidad de producir enzimas ligninolíticas en distintos medios y condiciones de cultivo. Este análisis permitió seleccionar dos candidatos: Phlebia uda BAFC 4689 y Peniophora laxitexta BAFC 4687, debido a su capacidad para producir altos títulos de actividad lacasa en fermentación sumergida. Estos organismos se inmovilizaron en soportes mixtos constituidos por discos de esponja de poliuretano y diversos residuos lignocelulósicos. En este sistema P. laxitexta fue capaz de remover eficientemente hasta el 90% de los colorantes xilidina y RBBR en al menos tres ciclos de incubación consecutivos y el colorante verde de malaquita en al menos 10 ciclos, demostrando su potencial para el tratamiento de efluentes coloreados industriales. En el segundo capítulo de esta tesis se trabajó en la búsqueda de nuevas fuentes de enzimas ligninolíticas, con capacidad para degradar colorantes sintéticos. Para ello se evaluó la producción de enzimas ligninolíticas por distintas especies de Geastrum: G. argentinum BAFC 3282, G. triplex BAFC 3013 y G. schweinitzii BAFC 3002. Estos organismos, presentes en suelos alcalinos, han sido escasamente estudiados debido a la dificultad que presentan para su cultivo. En este trabajo se optimizaron las condiciones de cultivo de estas cepas en fermentación en estado sólido, utilizando distintos sustratos lignocelulósicos, evaluándose la expresión de enzimas lignocelulolíticas a través de la cuantificación de las actividades en extractos de los cultivos y por secuenciación masiva de los transcriptomas de G. argentinum y G. schweinitzii crecidos en cascarilla de soja. El ensamblado y anotación in silico de los transcriptos secuenciados permitió la identificación de más de 450 secuencias codificantes de enzimas activas sobre carbohidratos (CAZymes), incluyendo lacasas y peroxidasas con potencial aplicación en el tratamiento enzimático de efluentes. The release of coloured effluents from textile industries to watercourses constitutes a serious environmental problem, not only due to the toxicity of the dyes, but also because they can alter the pH, increase biological and chemical oxygen demands, and affect photosynthesis. At present, textile effluents are treated by physic-chemical methods that have great disadvantages: they are expensive, energy inefficient and of limited versatility. The objective of this thesis was to evaluate different approaches in order to develop efficient systems for the removal of dyes from industrial coloured effluents. In a first step lignocellulolytic Basidiomycetes with corticioid habit were immobilized in inert and mixed supports, and their ligninolytic enzyme production was optimized. For this, 13 strains were isolated and identified based on morphological characteristics and ITS sequences, and their capacity to produce ligninolytic enzymes in different media and culture conditions was investigated. Two strains were selected: Phlebia uda BAFC 4689 and Peniophora laxitexta BAFC 4687, due to their ability to secrete high titres of laccase in submerged fermentation. These fungi were immobilized in mixed supports consisting of polyurethane foam discs and diverse low-cost lignocellulosic residues. In this system P. laxitexta removed up to 90% of dyes Xylidine and RBBR, in three successive cycles, and Malachite Green in 10 repeated cycles, without any loss of efficiency, demonstrating the potential of the immobilized system for the treatment of dye-containing industrial effluents. In the second chapter of the thesis, new sources of ligninolytic enzymes were investigated. Ligninolytic enzyme production by three species of Geastrum: G. argentinum BAFC 3282, G. triplex BAFC 3013 and G. schweinitzii BAFC 3002, was evaluated. These organisms which usually grow in alkaline soils, were poorly studied up to date due to the difficulties faced during their cultivation. Firstly, culture conditions were optimized in solid state fermentation using several lignocellulosic substrates, and their lignocellulolytic enzyme production was evaluated quantifying the activities in the culture extracts and by massive sequencing of the transcriptomes of G. argentinum and G. schweinitzii grown in soybean hulls. Among total transcripts assembled and annotated in silico, about 450 corresponded to sequences encoding carbohydrate active enzymes (CAZymes), including novel laccases and peroxidases with potential application in the enzymatic treatment of effluents. Fil: Majul, Leonardo Matías. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. application/pdf https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6851_Majul spa Universidad de Buenos Aires. 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