Development of bioremediation strategies based on the improvement of biomass production from isolated strains in hydrocarbon contaminated soils and their application in bioremediation technologies / Desarrollo de estrategias de biorremediación basadas en la mejora de la producción de biomasa a partir de cepas aisladas en suelos contaminados con hidrocarburos y su aplicación en tecnologías de biorremediación
DOI:
https://doi.org/10.34117/bjdv5n7-211Keywords:
biorremediación, suelos contaminados, hidrocarburos, microcosmosAbstract
Es frecuente la contaminación ambiental generada por el petróleo o sus derivados, debido al uso generalizado de los mismos a nivel mundial. La descarga y derrame accidental de dichos compuestos en el medio ambiente resultan ser peligrosos para el entorno y los seres vivos. La biorremediación es una estrategia eficiente para limpiar sitios contaminados, siendo no invasiva y rentable. La misma se basa en la biodegradación natural utilizando microorganismos nativos aislados de áreas contaminadas. El centro industrial Zárate-Campana, ubicado en Buenos Aires, representa una de las áreas petroquímicas más importantes de Argentina, con varias empresas que realizan actividades petroquímicas. En este estudio, se seleccionaron 4 cepas previamente aisladas de sitios contaminados e identificadas dentro de los géneros Pseudomonas sp, Cellulosimicrobium sp y Ochrobactrum sp. La cepa MT1A3 perteneciente al género Pseudomonas fue seleccionada para los ensayos de optimización de la producción de biomasa a partir del uso de diferentes fuentes de carbono que van desde una mezcla de hidrocarburos hasta co-productos agroindustriales y fuente nitrógeno. MT1A3 fue capaz de crecer en una mezcla de hidrocarburos obteniéndose 1,79 g/L de biomasa a 25 ºC a los 7 días. Al comparar el uso de diferentes co-productos agroindustriales de bajo costo como fuente alternativa de carbono, la producción de biomasa fue significativamente mayor en el aceite de maní crudo en comparación con todos los demás sustratos (p<0,05), dando como resultado una biomasa de 7,29 g/L luego de 7 días de cultivo. La fuente de nitrógeno más eficiente para obtener biomasa de MT1A3 fue NaNO3. A partir de estos resultados, en sistemas de microcosmos se evaluó la efectividad de remediación mediante el monitoreo de la degradación de hidrocarburos en los diferentes tratamientos de atenuación natural, bioestimulación y bioaumentación, durante 120 días. El mejor tratamiento, que involucró bioaumentación (MT1A3) y bioestimulación, mostró una degradación del 40,05% del total de hidrocarburos con respecto al tratamiento de atenuación natural utilizado como control.
References
Abouseoud, M.; Maachi , R.; Amranec , A.; Boudergua , S. ; Nabia , A. (2008): Evaluation of different carbon and nitrogen sources in production of biosurfactant by Pseudomonas fluorescens.Desalination, 223, 143-151.
Araruna, J.T.; Portes, V.L.; Soares A.P.; Silva M.G.; Sthel M.S.; Schramm D.U.; Tibana S.; Vargas H. (2004). Oil spills debris clean up by thermal desorption. Journal of Hazardous Materials, 110, 1-3: 161-171.
Arora N.K (2018). Bioremediation: a green approach for restoration of polluted ecosystems. Environmental Sustainability 1:305–307.
Brock, T.D.; Madigan, M.T. (2015): Biología de los microorganismos. Madrid: Pearson Educación.
Carberry, J. and Wik J. (2001). Comparison of ex situ and in situ bioremediation of unsaturated soils contaminated by petroleum. J. Environ. Sci. Health, Part A-Toxic/ Hazard. Subst. Environ. Eng., 36: 1491-1503.
Covino S., Stella T., D´Annibale A., Lladó S., Baldrian P., ?van?arová M., Cajthaml T., Petruccioli M. (2016): Comparative assessment of fungal augmentation treatments of a fine-textured and historically oil-contaminated soil.Science of The Total Environment. 566-567: 250-259.
Das K. and Mukherjee A. K. (2007). Crude petroleum-oil biodegradation efficiency of Bacillus subtilis and Pseudomonas aeruginosa strains isolated from a petroleum-oil contaminated soil from North-East India. Bioresour Technol. 98 (7):1339-45.
Declercq I , Cappuyns V, Duclos Y (2012). Monitored natural attenuation (MNA) of contaminated soils: a state of the art in Europe-a critical evaluation. Sci Total Environ. 426:393–405.
Dias, R.; Ruberto, L.; Hernández, E.; Vázquez, S.; Lo Balbo, A.; Del Panno, M.; Mac Cormack, W. (2012): Bioremediation of an aged diesel oil-contaminated Antarctic soil: Evaluation of the “on site” biostimulation strategy using different nutrient sources. International Biodeterioration & Biodegradation, 75, 96–103.
Fochesato A.S, Galvagno M.A., Dog C., Cerrutti P., González Pereyra M.L, Flores M., and Cavaglieri L.(2018). Optimization and Production of Probiotic and Antimycotoxin Yeast Biomass Using Bioethanol Industry Waste via Response Surface Methodology. Advances in Biotechnology & Microbiology. 8 (1): 1-7.
Guarino, C.; Spada, V.; Sciarrillo, R. (2017): Assessment of three approaches of bioremediation (Natural Attenuation, Landfarming and Bioaugmentation - Assistited Landfarming) for a petroleum hydrocarbons contaminated soil. Chemosphere, 170, 10–16.
Heipieper H. J., Weber F.J., Sikkema J., Keweloh H., de Bont Jan A.M. (1994). Mechanisms of resistance of whole cells to toxic organic solvents. Trends in Biotechnology. 12 (10): 409-415.
Jacob de Boer and Marlea Wagelmans (2016). Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Soil – Practical Options for Remediation. Clean, Soil Air Water. 44 (6): 648-653.
Jiang, Y., Brassington, K.J., Prpich, G., Paton, G.I., Semple, K.T., Pollard, S.J.T.;Coulon, F. (2016): Insights into the biodegradation of weathered hydrocarbons in contaminated soils by bioaugmentation and nutrient stimulation. Chemosphere, 161, 300–307.
Leahy J.G. and Colwell R. R. (1990). Microbial degradation of hydrocarbons in the environment. Microbiol Rev. 1990 Sep; 54(3): 305–315.
Liporace, F.; Quevedo, C.; Guilletti, A.M. (2012). Isolation of biosurfactant-producing microorganisms at the petrochemical area of Campana. Biocell, 36, 97.
Liporace, F. (2018). Aislamiento de microorganismos a partir de sitios crónicamente contaminados para la producción de biosurfactantes. Tesis de Maestría. Facultad Regional Delta, Universidad Tecnológica Nacional, Campana. Buenos Aires.
Makkar, R.S., Cameotra, S.S. (2002). An update on the use of unconventional substrates for biosurfactant production and their new applications. Applied Microbiology & Biotechnology, 58, 428–434.
Márquez-Rocha, F.J., Hernández-Rodrí, V., Lamela, M.T. (2001). Biodegradation of diesel oil in soil by a microbial consortium. Water, Air, and Soil Pollution, 128, 313–320.
Pandey, A.; Soccol, C.R.; Mitchell, D. (2000): New developments in solid state fermentation: I-bioprocesses and products. Process Biochemistry, 35, 1153–1169.
Philip J. C., Bamforth S. M., Singleton I., Atlas R. M. (2005). Environmental pollution and restoration: a role for bioremediation, in Bioremediation: Applied Microbial Solutions for Real-World Environmental Cleanup eds Atlas R. M., Philip J., editors. (Washington, DC: ASM Press; ), 1–48.
Rabodonirina S, Rasolomampianina R, Krier F, Drider D, Merhaby D, Net S, Ouddane B (2018) Degradation of fluorene and phenanthrene in PAHs-contaminated soil using Pseudomonas and Bacillus strains isolated from oil spill sites. J Environ Manage 232:1–7.
Ramírez, O.; Rivera, A.; Marin, L; Rojano, B.; Ruiz, O.; Gallo, S. (2012): Biorremediación de un suelo con diésel mediante el uso de microorganismos autóctonos. Gestión & Ambiente, 15, 27–40.
Riser-Roberts E. (1998). Remediation of petroleum contaminated soils: biological, physical, and chemical processes. Lewis Publishers, Boca Raton.
Ruberto, L.A.M.; Vazquez, S.C.; Mac Cormack, W.P. (2003): Effectiveness of the natural bacterial flora, biostimulation and bioaugmentation on the bioremediation of hydrocarbon contaminated Antarctic soil. International Biodeterioration & Biodegradation, 52, 115–125.
Ruberto, L.A.M.; Dias R.; Lo Balbo, A.; Vazquez, S.C.; Hernandez E.A.; Mac Cormack, W.P. (2009): Influence of nutrients addition and bioaugmentation on the hydrocarbon biodegradation of a chronically contaminated Antarctic soil. Journal of Applied Microbiology, 106, 1101–1110.
Salleh A. B., Ghazali F. M., Rahman R. N. Z. A., Basri M.(2003). Bioremediation of Petroleum Hydrocarbon Pollution. Indian Journal Biotechnology; 2: 411-425.
Salt DE, Smith RD, Raskin L (1998). Phytoremediation. Ann Rev Plant Phys Plant Mol Biol;49(1):643–668. Santa Anna, L.M.; Sebastian, G.V.; Menezes, E.P.; Alves, T.L.M.; Santos, A.S.; Pereira, N.; Freire, D.M.G. (2002): Production of biosurfactants from Pseudomonas aeruginosa PA 1 isolated in oil environments. Brazilian Journal of Chemical Engineering, 19 (2), 159–166.
Tyagi, M., da Fonseca, M.R., Carvalho, C. (2011): Bioaugmentation and biostimulation strategies to improve the effectiveness of bioremediation processes. Biodegradation, 22 (2), 231–241. DOI: 10.1007/s10532-010-9394-4.
Van Hamme J.D. Singh A and Ward O.N.W. (2003). Recent advances in petroleum microbiology. Microbial and Molecular Biology Review 67 (4): 503-549.
Yemashova N. A., Murygina V. P., Zhukov D. V., Zakharyantz A. A., Gladchenko M. A., Appanna V. (2007). Biodeterioration of crude oil and oil derived products: a review. Rev. Environ. Sci. Biotechnol. 6, 315–337.
