Producción de plásticos biodegradables a partir de bacterias de hábitats salinos aisladas de la Laguna de Ayarza
DOI:
https://doi.org/10.36829/63CTS.v9i2.1368Palabras clave:
Biopolímeros, biprocesamiento, desechos plásticos, extremófilos, polihidroxibutiratoResumen
La contaminación por plásticos petroquímicos es una grave amenaza para el medio ambiente que requiere implementar alternativas como los bioplásticos para lograr un desarrollo sostenible. Los polihidroxialcanoatos (PHA) son polímeros utilizados para la producción de plásticos biodegradables y que han llamado la atención como sustitutos de los plásticos de base fósil. Sin embargo, el costo de producción de los PHA constituye una barrera para su producción industrial a gran escala. Las de bacterias de hábitats salinos son microorganismos prometedores para la síntesis de PHA debido a sus características tales como altos requisitos de salinidad que previenen la contaminación microbiana, la alta presión osmótica intracelular que permite una fácil lisis celular para purificar los PHA y la capacidad para usar un amplio espectro de sustratos. Este proyecto de investigación planteó determinar las cepas nativas de bacterias halófilas y halotolerantes de la Laguna de Ayarza capaces de producir PHA, establecer la capacidad que tienen de utilizar residuos agrícolas para la producción de PHA y determinar su eficiencia. Esto se logró a través de la inoculación de las cepas productoras de PHA en medios de fermentación con pulpa de café, cáscaras de plátanos y salvado de trigo lo que permitió determinar las cepas más eficientes. Se encontró que las bacterias productoras de PHA pertenecen a las especies: Alcaligenes faecalis, Bacillus idriensis, Bacillus megaterium, Exiguobacterium acetylicum, E. aurantiacum, Pseudomonas cuatrocienegasensis y Staphylococcus capitis y que las cepas AP21-14, AP21-10 y AP21-03 mostraron los mejores resultados que podrían ser prometedores para la producción a nivel industrial.
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Cervantes-Uc, J. M., Catzin, J., Vargas, I., Herrera-Kao, W., Moguel, F., Ramirez, E., Rincón-Arriaga, S., & Lizama-Uc, G. (2014). Biosynthesis and characterization of polyhydroxyalkanoates produced by an extreme halophilic bacterium, Halomonas nitroreducens, isolated from hypersaline ponds. Journal of Applied Microbiology, 117(4), 1056-1065. https://doi.org/10.1111/jam.12605
Dong-Heon, L., Suan-Ran, M., Young-Hyun, P., Jung-H, K., Hoon, K., Parales, R., & Hyung-Yeel, K. (2010). Pseudomonas taeanensis sp. nov., isolated from a crude oil-contaminated seashore. Internation Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 60(12), 175-182. https://doi.org/ 10.1099/ijs.0.018093-0
Du, C., Sabirova, J., Soetaert, W., & Ki Carol Lin, S. (2012). Polyhydroxyalkanoates production from low-cost sustainable raw materials. Current chemical biology, 6(1), 14-25. https://doi.org/10.2174/187231312799984394
Edbeib, M. F., Wahab, R. A., & Huyop, F. (2016). Halophiles: Biology, adaptation, and their role in decontamination of hypersaline environments. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 32(8), Artículo 135. https://doi.org/10.1007/s11274-016-2081-9
Fuentes, Á., Carreño, C., & Llanos, C. (2013). Rendimiento de exopolisacáridos emulgentes producidos por bacterias halófilas nativas en tres concentraciones de melaza de Saccharum officinarum L. “caña de azúcar”. Scientia Agropecuaria, 4(2), 111-120. https://doi.org/10.17268/sci.agropecu.2013.02.04
Gunaratne, L. M. W. K., Shanks, R. A., & Amarasinghe, G. (2004). Thermal history effects on crystallisation and melting of poly (3-hydroxybutyrate). Thermochimica Acta, 423(1-2), 127-135. https://doi.org/10.1016/j.tca.2004.05.003
Guzmán, C., Hurtado, A., Carreño, C., & Casos, I. (2017). Producción de polihidroxialcanoatos por bacterias halófilas nativas utilizando almidón de cáscaras de Solanum tuberosum L. Scientia Agropecuaria, 8(2), 109-118. https://doi.org/10.17268/sci.agropecu.2017.02.03
Holland, R. D., Wilkes, J. G., Rafii, F., Sutherland, J. B., Persons, C. C., Voorhees, K. J., & Lay Jr, J. O. (1996). Rapid identification of intact whole bacteria based on spectral patterns using matrix‐assisted laser desorption/ionization with time‐of‐flight mass spectrometry. Rapid Communications in Mass Spectrometry, 10(10), 1227-1232. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-0231(19960731)10:10<1227::AID-RCM659>3.0.CO;2-6
Hottle, T. A., Bilec, M. M., & Landis, A. E. (2013). Sustainability assessments of bio-based polymers. Polymer Degradation and Stability, 98(9), 1898-1907. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2013.06.016
Jain, R., & Tiwari, A. (2014). Homology modelling of PHA synthases in Cupriavidus necator. Internatinal Journal of Universal Pharmacy and Bio Sciences, 3(3), 214-223.
Joyline, M., & Aruna, K. (2019). Production and characterization of polyhydroxyalkanoates (pha) by Bacillus megaterium strain jha using inexpensive agro-industrial wastes. International Journal of Recent Scientific Research, 10(7), 33359-33374.
Kanekar, P. P., Joshi, A. A., Kelkar, A. S., Borgave, S. B., & Sarnaik, S. S. (2008). Alkaline Lonar lake, India - a treasure of alkaliphilic and halophilic bacteria. En M. Sengupta & R. Dalwani(Eds.), The 12th World Lake Conference (pp. 1765-1774).
Katircioğlu, H., Aslim, B., Yüksekdao, Z. N., Mercan, N., & Beyatli, Y. (2003). Production of poly-β-hydroxybutyrate (PHB) and differentiation of putative Bacillus mutant strains by SDS-PAGE of total cell protein. African Journal of Biotechnology, 2(6), 147-149. https://doi.org/10.5897/AJB2003.000-1029
Khanna, S., & Srivastava, A. K. (2005). Recent advances in microbial polyhydroxyalkanoates. Process Biochemistry, 40(2), 607-619. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2004.01.053
Koller, M., Maršálek, L., de Sousa Dias, M. M., & Braunegg, G. (2017). Producing Microbial Polyhydroxyalkanoate (PHA) Biopolyesters in a Sustainable Manner. New Biotechnology, 37(Part A), 24-38. https://doi.org/ 10.1016/j.nbt.2016.05.001
Lee, S. Y., Choi, J.-I., Han, K., & Song, J. Y. (1999). Removal of endotoxin during purification of poly (3-hydroxybutyrate) from gram-negative bacteria. Applied and Environmental Microbiology, 65(6), 2762-2764.
https://doi.org/10.1128/AEM.65.6.2762-2764.1999
Mekonnen, T., Mussone, P., Khalil, H., & Bressler, D. (2013). Progress in bio-based plastics and plasticizing modifications. Journal of Materials Chemistry A, 1(43), 13379-13398. https://doi.org/10.1039/C3TA12555F
Mellinas, C., Valdés, A., Ramos, M., Burgos, N., Garrigos, M. del C., & Jiménez, A. (2016). Active edible films: Current state and future trends. Journal of Applied Polymer Science, 133(2). https://doi.org/10.1002/app.42631
Mitra, R., Xu, T., Xiang, H., & Han, J. (2020). Current developments on polyhydroxyalkanoates synthesis by using halophiles as a promising cell factory. Microbial Cell Factories, 19, Artículo 86. https://doi.org/10.1186/s12934-020-01342-z
Mohammed, S., Panda, A. N., & Ray, L. (2019). An investigation for recovery of polyhydroxyalkanoates (PHA) from Bacillus sp. BPPI-14 and Bacillus sp. BPPI-19 isolated from plastic waste landfill. International Journal of Biological Macromolecules, 134, 1085-1096. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2019.05.155
Muhammadi, S., Afzal, M., & Hameed, S. (2015). Bacterial polyhydroxyalkanoates-eco-friendly next generation plastic: Production, biocompatibility, biodegradation, physical properties and applications. Green Chemistry Letters and Reviews, 8(3-4), 56-77. https://doi.org/10.1080/17518253.2015.1109715
Obruca, S., Sedlacek, P., Slaninova, E., Fritz, I., Daffert, C., Meixner, K., Sedrlova, Z., & Koller, M. (2020). Novel unexpected functions of PHA granules. Applied Microbiology and Biotechnology, 104(11), 4795-4810. https://doi.org/10.1007/s00253-020-10568-1
Rathika, R., Janaki, V., Shanthi, K., & Kamala-Kannan, S. (2018). Bioconversion of agro-industrial effluents for polyhydroxyalkanoates production using Bacillus subtilis RS1. International Journal of Environmental Science and Technology, 16(10), 5725–5734. https://doi.org/10.1007/s13762-018-2155-3
Reddy, M. V., & Mohan, S. V. (2012). Effect of substrate load and nutrients concentration on the polyhydroxyalkanoates (PHA) production using mixed consortia through wastewater treatment. Bioresource Technology, 114, 573-582. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.02.127
Sadh, P. K., Duhan, S., & Duhan, J. S. (2018). Agro-industrial wastes and their utilization using solid state fermentation: A review. Bioresources and Bioprocessing, 5, Artículo 1. https://doi.org/10.1186/s40643-017-0187-z
Seo, K. S., & Bohach, G. A. (2014). Staphylococcus aureus. En M. P. Doyle, F. Diez-Gonzalez & C. Hill (Eds.), Food Microbiology: Fundamentals and frontiers (4th ed.,pp. 547–573). https://doi.org/10.1128/9781555818463.ch21
Thakur, S., Chaudhary, J., Sharma, B., Verma, A., Tamulevicius, S., & Thakur, V. (2018). Sustainability of bioplastics: Opportunities and challenges. Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry, 13, 68-75. https://doi.org/10.1016/j.cogsc.2018.04.013
Wang, Y., Sun, Z., Tian, J., Wang, H., Wang, H., & Ji, Y. (2016). Influence of Environment on Ageing Behaviour of the Polyurethane Film. Materials Science, 22(2), 1392-1320. https://doi.org/10.5755/j01.ms.22.2.12935
Yajima, T., Nagatomo, M., Wakabayashi, A., Sato, M., Taguchi, S., & Maeda, M. (2020). Bioconversion of biphenyl to a polyhydroxyalkanoate copolymer by Alcaligenes denitrificans A41. AMB Express, 10, Artículo 155. https://doi.org/10.1186/s13568-020-01093-5
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