Papel de los consorcios entre microorganismos fotótrofos y analisis de su poténcial para bioreparar ambientes contaminados por metales pesados

Abstract

En este trabajo se ha evaluado la capacidad bioreparadora de tres cianobacterias, dos de ellas procedentes de la Colección de Cultivos Pasteur: Spirulina sp. PCC 6313 (Sp) y Chroococcus sp. 9106 PCC (Ch), y dos aisladas del delta del Ebro: una cianobacteria DE2011 (Ge) y una microalga DE2009 (Sc). Por primera vez, se ha ensayado la capacidad de los consorcios, asociaciones de microorganismos, para tolerar o resistir (T-R) la presencia de metales y para determinar su capacidad para captarlos. Para ello se han utilizado dos consorcios, uno formado por una mezcla de dos cultivos: Sp+Ch y el segundo por la mezcla de otros dos: Ge+Sc. Para la consecución de los objetivos se han utilizado los microorganismos mencionados, ya que por trabajos previos realizados por nuestro grupo de investigación se conoce que todos ellos, incluso los de colección, se encuentran en abundancia en el delta del Ebro, especialmente Geitlerinema sp. DE2011, una cianobacteria filamentosa que contribuye a la estabilización de los sedimentos deltaicos. En este trabajo, los metales ensayados para la selección de microorganismos con potencial bioreparador, han sido: el plomo (Pb (II)) y el cobre (Cu (II)) ya que los dos metales se han detectado en el río Ebro. Se han utilizado para los objetivos propuestos, específicamente técnicas microscópicas de alta resolución (óptica y electrónica) además de los métodos de ecología microbiana convencionales y de técnicas moleculares para la identificación de los dos microorganismos aislados del delta del Ebro. Estos microorganismos se han identificado como: Geitlerinema sp. DE2011 y Scenedesmus sp. DE2009. Para determinar la T-R a los metales de todos los microorganismos ensayados y de los consorcios se ha analizado el efecto in vivo de ambos metales sobre los pigmentos fotosintéticos de todos ellos en cultivos separados y formando los consorcios. Para ello, se ha utilizado la microscopía láser confocal (CLSM) y su función λscan acoplada a un detector espectrofluorométrico. Los resultados indican, que todos los microorganismos ensayados tanto en su crecimiento individual como formando consorcios, son más T-R al plomo que al cobre. Con el fin de determinar la biocaptación externa e interna de los metales, se ha utilizado la microscopía electrónica de barrido (SEM), la microscopía electrónica de transmisión (TEM) y el microanálisis de energía dispersiva por rayos X (EDX) acoplada a estos dos microscopios. Los resultados demuestran, que todos los microorganismos y los consorcios tienen la capacidad de captar tanto el cobre, como el plomo en las envueltas celulares formadas por sustancias extrapoliméricas, de lo que puede concluirse que los consorcios potencian la capacidad de captación más eficazmente, que los microorganismos creciendo separadamente. Por otra parte también en todos los casos se produce captación intracelular de plomo, en las inclusiones de polifosfato, mientras que los resultados para el cobre se han considerado no concluyentes, ya que este metal se encuentra también como contaminante externo a la muestra. Finalmente, se ha determinado también la sensibilidad de las técnicas utilizadas, contaminando los cultivos y los consorcios con concentraciones crecientes de cada metal por separado y evaluando en el caso del CLSM, la mínima dosis de metal capaz de alterar la clorofila a (chl a), pigmento fotosintético utilizado como marcador en cada uno de los microorganismos por separado y en los consorcios. La sensibilidad de la técnica es de 1 nM para el CLSM-λscan y de 10 nM para el SEM-EDX. Considerando todos los resultados obtenidos, se puede concluir que los microorganismos estudiados pueden ser potenciales bioreparadores de contaminación, causada tanto por cobre como por plomo, ya que: se encuentran en el hábitat natural (incluso los seleccionados de la colección de cultivos Pasteur); presentan una alta tolerancia-resistencia especialmente al plomo y son capaces de captar ambos metales. No obstante, la capacidad de resistencia y de captación de los metales se incrementa en los consorcios en ambos casos, por lo que debería considerarse especialmente estos últimos en investigaciones futuras, relacionadas con la bioreparación de ambientes naturales contaminados.

This article presents an evaluation of the bioremediation capacity of three cyanobacteria, two of which are from the Pasteur Culture Collection: Spirulina sp. PCC 6313 (Sp) and Chroococcus sp. 9106 PCC (Ch), and two isolates from the Ebro delta: one cyanobacterium DE2011 (Ge) and one microalga DE2009 (Sc). The capacity of consortia to tolerate or resist (T-R) the presence of metals has been measured, and their capacity to uptake them has been determined. To do this, two consortia have been used, one made up of a mixture of two cultures, Sp+Ch, and second by mixing the other two, Ge+Sc. The aforementioned microorganisms have been used to achieve the objectives, as from previous works carried out by our group, it is known that all of them, including those from the collection, are found in abundance in the Ebro delta, particularly Geitlerinema sp. DE2011, a filamentous cyanobacterium that contributes to the stabilization of the delta sediments. The metals tested for the selection of microorganism with biorepair potential in this work were: lead (Pb (II)) copper (Cu (II)), since these two metals have been detected in the Ebro river. High resolution microscopy techniques (optical and electronic) have been specifically used to achieve the study objectives, as well as conventional ecological microbial methods and molecular techniques to identify the two microorganism isolates of the Ebro delta. These microorganisms have been identified as, Geitlerinema sp. DE2011 and Scenedesmus sp. DE2009. To determine the T-R to the metals of all the microorganisms and consortia tested, the in vivo effect of both metals on the photosynthetic pigments has been analyzed in all those in separate cultures and forming consortia. To do this, a confocal laser microscopy (CLSM) and its λscan function coupled to a spectrofluorometric detector has been used. The results indicate that all the microorganisms tested are more T-R to lead than copper, both in their individual growth and in forming consortia. A scanning electronic microscope (SEM), a transmission electron microscope (TEM), and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) microanalysis coupled to these two microscopes were used to determine the external and internal uptake of the metals. The results showed that all the microorganisms and consortia have the capacity to uptake both copper and lead in the cell envelopes formed by extra-polymeric substances, thus it may be concluded that the consortia growing microorganisms separately. On the other hand, intracellular uptake of lead is also produced on the polyphosphate granules in all cases, while the results for copper were not conclusive, since this metal is also found as an external contaminant to our sample. Finally, the sensitivity of all the techniques was determined by contaminating the cultures and consortia with increasing concentrations of each metal, separately, and evaluating, in the case of the CLSM, the minimum dose of metal capable of altering chlorophyll a (chl a), a photosynthetic pigment used as a marker in each one of the separate microorganism and in the consortia. The sensitivity of the technique was 1 nM for the CLSM-λscan and 10 nM for the SEM-EDX. Taking into account all the results obtained, it may be concluded that the microorganisms studied can be potential biorepairers of contamination caused by copper as well as lead, since: they are found in the natural habitat (including those selected from the Pasteur Culture Collection); they have a high tolerance resistance, especially to lead, and are able to uptake metals. However, the resistance capacity and uptake of the metals are increased in the consortia in both cases, thus these latter should be especially considered in future investigations associated with the biorepair of contaminated natural environments.