Abstracto

Biotecnología-2013: Hidro-Bio-Geo-Química - George Ivey - Ivey International Inc.

 George Ivey

 Resumen: Principios sobre la contaminación del suelo, sedimentos y aguas subterráneas que no se enseñan en colegios o universidades. Esto se logra a través de un enfoque de presentación interactivo y visualmente impulsado en el que la audiencia aprende que el agua no es H2O, qué afecta realmente la solubilidad de los contaminantes y el importante papel de la sorción de contaminantes en el suelo, sedimentos y aguas subterráneas y cómo esto forma todas las formas de remediación, incluida la biorremediación. Los asistentes con experiencia limitada en química, bioquímica o microbiología aprenderán un nuevo conjunto de principios "fáciles de usar" para predecir con precisión el comportamiento y la solubilidad de la mayoría de los contaminantes en el suelo, sedimentos y aguas subterráneas, cómo cambiar las propiedades del agua y cómo mejorar la solubilidad de los contaminantes para aumentar su disponibilidad física, química y biológica para la remediación in situ y ex situ. Introducción La actividad hidrotermal puede generar una variedad de compuestos reducidos, incluidos hidrocarburos de bajo peso molecular, que pueden producirse abióticamente a través de interacciones agua-roca a alta temperatura y presión. Recientemente se descubrió que el Fe2+ en los sistemas hidrotermales se oxida por el oxígeno formado en el agua para dar magnetita (Fe3O4), mientras que el agua se reduce a H2. En última instancia, la reducción del CO2 dependiente del H2 conduce a la generación de hidrocarburos (C2–C11), metano y aromáticos utilizando Fe3O4 como catalizador. Los alcanos de cadena larga de carbono y los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) también se pueden generar en el subsuelo profundo a través de procesos termogénicos. Por ejemplo, se han observado numerosos hidrocarburos en los fluidos de ventilación y los depósitos de sulfuro del campo de ventilación Rainbow en la dorsal mesoatlántica (MAR) norte, incluidos n-alcanos C9–C14, alcanos ramificados C9–C13, cicloalcanos C9–C11, hidrocarburos no aromáticos C7–C12, naftaleno, metilnaftaleno y HAP C13–C16 (fluoreno, fenantreno y pireno). De manera similar, se detectó una gran abundancia de n-alcanos de cadenas C15-C30 y HAP de tres o cuatro anillos en los sedimentos hidrotermales del campo de ventilación de Ciudad Perdida en la parte norte del MAR. La biosfera profunda puede estar parcialmente sustentada energéticamente por hidrocarburos; sin embargo, sabemos poco sobre este ecosistema único. Las áreas de ventilación hidrotermal de aguas profundas pueden promover la recolección de materia y energía profundas, por extremófilos únicos y proporcionar pistas para comprender el acoplamiento de la vida de aguas profundas y los procesos abióticos y bióticos bajo el fondo marino. Recientemente, se encontró que los genes de oxidación de alcanos que codifican monooxigenasas de alcanos de cadena corta, vías de degradación para los alcoholes correspondientes y ácidos grasos de cadena corta eran abundantes en el metatranscriptoma y metagenoma de la columna hidrotermal, y estos genes pueden derivar del grupo bacteriano no cultivado SAR324. Además, en la pluma hidrotermal de la Cuenca de Guaymas se observó una alta diversidad de alcano monooxigenasas que estaban afiliadas filogenéticamente con enzimas involucradas en la oxidación de alcanos C1–C4.También se detectaron genes involucrados en la degradación anaeróbica de hidrocarburos entre varios filos en sedimentos de la Cuenca de Guaymas, incluyendo Bacteroidetes, Chloroflexi, Deltaproteobacteria y el filo candidato Latescibacteria (WS3). Los enfoques metagenómicos y metatranscriptómicos revelaron la presencia de diversas arqueas oxidantes de alcanos basadas en la metil-coenzima M reductasa, incluido el oxidante de alcanos multicarbonado Ca. Syntrophoarchaeum spp., arqueas oxidantes de metano anaeróbicas (ANME-1 y ANME-2c) y bacterias reductoras de sulfato (HotSeep-1 y Seep-SRB2) que coexisten con bacterias reductoras de sulfato y mostraron el potencial de oxidación de alcanos en sedimentos hidrotermales de la Cuenca de Guaymas. Sin embargo, estos avances se basan principalmente en metadatos, mientras que pocos microbios oxidantes de hidrocarburos han sido aislados de ecosistemas profundos. En la última década, hemos explorado la diversidad bacteriana involucrada en la degradación de HAP en sedimentos de aguas profundas del MAR, el Pacífico occidental [y el Ártico], así como en las columnas de aguas profundas de la dorsal índica sudoeste.diversidad de bacterias que pueden ser impulsadas por hidrocarburos in situ. Aquí informamos la diversidad microbiana de bacterias que degradan hidrocarburos alifáticos y aromáticos en las columnas de ventilación, sulfuros de chimenea y sedimentos cercanos, y confirmamos su actividad en condiciones in situ. Los resultados amplían el cuerpo de conocimiento de la comunidad microbiana potencialmente usuaria de hidrocarburos que habita el ecosistema de ventilación hidrotermal y promueven la comprensión de sus interacciones con ambientes extremos. Materiales y métodos Las muestras y sus descripciones se proporcionan en la Tabla S1 y en los Materiales y métodos complementarios. Las descripciones detalladas de los productos químicos y los medios de enriquecimiento también se describen en los Materiales y métodos complementarios. Análisis de hidrocarburos Para determinar las concentraciones de hidrocarburos en muestras de columnas hidrotermales, se utilizó un método que combinaba extracción por sorción con barra agitadora, desorción térmica-cromatografía de gases-espectrometría de masas y el paquete de software Hydro-CARB® (IFP, Rueil-Malmaison, Francia). Los detalles de estos procedimientos se describen en los Materiales y métodos complementarios. Enriquecimiento de bacterias degradadoras de hidrocarburos a alta presión Se realizó un cultivo que imitaba las profundidades marinas a altas presiones y bajas temperaturas en la cámara de un buque HP como se describe en los Materiales y métodos complementarios. Experimentos de sondeo de isótopos estables Se realizaron experimentos de sondeo de isótopos estables (SIP) para las columnas, depósitos de sulfuro y enriquecimientos de sedimentos anteriores con alcanos y HAP marcados con 13C, lo que produjo un total de 12 muestras. Los detalles de estos procedimientos se describen en los Materiales y métodos complementarios. Aislamiento de bacterias heterotróficas degradadoras de hidrocarburos Se sembraron diluciones seriadas de enriquecimientos en placas de agar M2, luego se incubaron a 15 °C hasta que se observó la formación de colonias bacterianas.Las colonias que exhibían características morfológicas únicas fueron seleccionadas y se volvieron a sembrar en placas M2 para obtener cultivos puros que luego se conservaron a -20 °C para análisis posteriores. La composición de la comunidad bacteriana de las muestras de la columna del campo hidrotermal recién descubierto llamado Deyin-1 en el sur de MAR (15°S) se muestra en . En la muestra de la columna ascendente (SAP-1_S), las secuencias del gen 16S rRNA relacionadas con gamma-proteobacteria (31,5%) y epsilon-proteobacteria (19,2%) fueron muy abundantes Entre las gamma-proteobacteria detectadas, los niveles de los siguientes géneros fueron relativamente altos Alcanivorax (7,4% del total), Glaciecola (6,7%), Marinobacter (3,7%), secuencias del clado SUP05 (3,7%), Cycloclasticus (2,3%) y Alteromonas (1,8%). Entre las secuencias de epsilon-proteobacteria, los géneros Sulfurimonas (11,9%), Sulfurovum (4,9%) y Arcobacter (2,1%) estuvieron presentes en concentraciones relativamente altas (. Además, el clado SAR324 (4,4%) de delta-proteobacteria y el clado SAR202 (3,2%) de Chloroflexi se detectaron en la muestra de la columna ascendente. budivey@iveyinternational.com