DEGRADACIÓN DE HIDROCARBUROS PROCEDENTES DE PETRÓLEO MEDIANTE SCENEDESMUS OBTUSUS.

Degradación de hidrocarburos procedentes de petróleo mediante Scenedesmus obtusus.

La presente invención se refiere a una cepa de microalga de la especie Scenedesmus obtusus, que degrada hidrocarburos como los procedentes del crudo de petróleo y sus derivados. Un clon de dicha cepa se ha depositado en el Banco Nacional de Algas con número de acceso BNA D33_09, y se ha denominado So3P. También es objeto de la presente invención, un dispositivo para la degradación de hidrocarburos petrolíferos que comprende al menos una cepa de S. obtusus que degrada hidrocarburos petrolíferos, confinada en un espacio o soporte físico. Otro objeto de la presente invención es un procedimiento para la biorremediación de medios contaminados por petróleo y sus derivados, basado en el empleo de una cepa S. obtusus que degrada hidrocarburos petrolíferos

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200901935.

Solicitante: UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID.

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: MADRID.

Inventor/es: LOPEZ RODAS,VICTORIA, COSTAS COSTAS,EDUARDO, SALGADO VELA,EVA MARIA, CARRERA MARTINEZ,DANIEL, MATEOS SANZ,M. ARANZAZU.

Fecha de Solicitud: 1 de Octubre de 2009.

Fecha de Publicación: .

Fecha de Concesión: 15 de Febrero de 2012.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C12N1/12 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C12 BIOQUIMICA; CERVEZA; BEBIDAS ALCOHOLICAS; VINO; VINAGRE; MICROBIOLOGIA; ENZIMOLOGIA; TECNICAS DE MUTACION O DE GENETICA.C12N MICROORGANISMOS O ENZIMAS; COMPOSICIONES QUE LOS CONTIENEN (biocidas, productos que repelen o atraen a los animales nocivos, o reguladores del crecimiento de los vegetales, que contienen microorganismos virus, hongos microscópicos, enzimas, productos de fermentación o sustancias obtenidas por o extraídas de microorganismos o sustancias animales A01N 63/00; preparaciones de uso médico A61K; fertilizantes C05F ); PROPAGACION,CULTIVO O CONSERVACION DE MICROORGANISMOS; TECNICAS DE MUTACION O DE INGENIERIA GENETICA; MEDIOS DE CULTIVO (medios para ensayos microbiológicos C12Q 1/00). › C12N 1/00 Microorganismos, p.ej. protozoos; Composiciones que los contienen (preparaciones de uso médico que contienen material de protozoos, bacterias o virus A61K 35/66, de algas A61K 36/02, de hongos A61K 36/06; preparación de composiciones de uso médico que contienen antígenos o anticuerpos bacterianos, p. ej. vacunas bacterianas, A61K 39/00 ); Procesos de cultivo o conservación de microorganismos, o de composiciones que los contienen; Procesos de preparación o aislamiento de una composición que contiene un microorganismo; Sus medios de cultivo. › Algas unicelulares; Sus medios de cultivo (como novedades vegetales A01H 13/00).
  • C12R1/89 C12 […] › C12R SISTEMA DE INDEXACION ASOCIADO A LAS SUBCLASES C12C - C12Q, RELATIVO A LOS MICROORGANISMOS.C12R 1/00 Microorganismos. › Algas.

Clasificación PCT:

  • C02F3/32 C […] › C02 TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA O FANGOS.C02F TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA O FANGOS (procedimientos para transformar las sustancias químicas nocivas en inocuas o menos perjudiciales, efectuando un cambio químico en las sustancias A62D 3/00; separación, tanques de sedimentación o dispositivos de filtro  B01D; disposiciones relativas a las instalaciones para el tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla en los buques, p. ej. para producir agua dulce, B63J; adición al agua de sustancias para impedir la corrosión C23F; tratamiento de líquidos contaminados por radiactividad G21F 9/04). › C02F 3/00 Tratamiento biológico del agua, agua residual o de alcantarilla. › caracterizado por los animales o vegetales utilizados, p. ej. algas.
  • C12M1/40 C12 […] › C12M EQUIPOS PARA ENZIMOLOGIA O MICROBIOLOGIA (instalaciones para la fermentación de estiércoles A01C 3/02; conservación de partes vivas de cuerpos humanos o animales A01N 1/02; aparatos de cervecería C12C; equipos para la fermentación del vino C12G; aparatos para preparar el vinagre C12J 1/10). › C12M 1/00 Equipos para enzimología o microbiología. › Equipos especialmente destinados a la utilización de enzimas libres, inmovilizadas o unidas a un soporte, p. ej. aparatos que contienen un lecho fluidizado de enzimas inmovilizadas.
  • C12N1/20 C12N 1/00 […] › Bacterias; Sus medios de cultivo.
  • C12N1/26 C12N 1/00 […] › Procesos que utilizan hidrocarburos o medios de cultivo que los contienen (refino de aceites de hidrocarburos por utilización de microorganismos C10G 32/00).

PDF original: ES-2356950_A1.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Degradación de hidrocarburos procedentes de petróleo mediante Scenedesmus obtusus.

Sector de la invención

La invención se encuadra en el sector de las tecnologías ambientales para el control, tratamiento y prevención de la contaminación, y más concretamente en el sector de la biorremediación y la degradación biológica de hidrocarburos y derivados del crudo de petróleo.

Antecedentes de la invención

Uno de los problemas medioambientales más preocupantes en la actualidad es la contaminación del agua marina y continental causada por el vertido incontrolado o accidental de crudo de petróleo, y derivados o refinados del petróleo como la gasolina, keroseno, gasoil, fuel, etc. De forma genérica, el crudo de petróleo es una mezcla compleja de hidrocarburos saturados, hidrocarburos aromáticos, asfaltos, resinas, y otros constituyentes, entre los que se incluyen diversos compuestos químicos nocivos para el medioambiente y los organismos vivos debido a su toxicidad y difícil degradación.

Por ejemplo, los hidrocarburos aromáticos del tipo benceno, tolueno, etilbenceno y xileno (BTEX), son componentes del petróleo especialmente preocupantes desde el punto de vista ambiental y toxicológico debido a su empleo masivo como disolventes en la industria química mundial, y a su elevada toxicidad; considerándose peligrosos agentes mutagénicos y cancerígenos. De hecho, los BTEX se encuentran en la lista de los 50 compuestos químicos de mayor producción en EEUU y en todas las listas de contaminantes prioritarios de las principales agencias e instituciones ambientales mundiales (USEPA, 2007. Ecotox Release 4.0. http://cfpub.epa.gov/ecotox/; EU, 2006. REACH: Regulation (EC) No 1907/2006 concerning the Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals).

En los últimos años se han desarrollado tecnologías que emplean microorganismos para la eliminación de contaminantes en el medio ambiente. Estas tecnologías, englobadas en el campo de la biorremediación, buscan preferentemente la degradación completa de los contaminantes, bien mediante la estimulación de las cepas de microorganismos presentes en medio receptor del vertido, o bien mediante el inoculo de cepas de microorganismos con capacidad para biodegradar los contaminantes. Los microorganismos, ya sean aislados directamente de la naturaleza, u obtenidos mediante biotecnología, juegan un papel central en la biorremediación de los contaminantes, y por ello existe un gran interés en disponer de nuevos microorganismos con capacidad para eliminar y degradar los contaminantes del petróleo y sus derivados.

La biodegradación de contaminantes mediante microorganismos se aplica tanto en procesos in situ, donde se produce el vertido incontrolado, como en procesos industriales, donde se realiza un tratamiento confinado de los medios contaminados, como pueden ser, por ejemplo, las depuradoras de aguas y los efluentes industriales residuales. De hecho, el tratamiento de mezclas complejas de hidrocarburos mediante microorganismos contenidos en reactores biológicos, o inmovilizados en soportes para biofiltros, es una alternativa que ha adquirido un enorme interés para el sector del tratamiento de los contaminantes. En el caso de la industria química, resultan de especial interés los biofiltros para compuestos orgánicos volátiles como los BTEX.

La selección y desarrollo de microorganismos capaces de tolerar y degradar petróleo está teniendo un creciente interés científico. Una gran mayoría de estudios científicos se han concentrado en bacterias y hongos (Van Hamme et al., 2003. Microbiology and Molecular Biology Reviews 67: 503-549). Algunos de estos microorganismos se encuentran disponibles comercialmente para su empleo en biorremediación (Korda et al., 1997. Appl. Microbiol. Biotechnol. 48: 677-686). Sin embargo, microorganismos fotosintéticos como las microalgas apenas han sido probados para la degradación de hidrocarburos procedentes del petróleo. Estos organismos presentan la ventaja de su ubicuidad tanto en aguas dulces como marinas, y juegan un papel central como productores primarios iniciando las cadenas tróficas en el agua.

Uno de los primeros trabajos que describen la capacidad de degradar petróleo por microalgas fue publicado por Walker et al., en 1974 (Nature 254: 423-424). En este estudio se aisló una cepa de la microalga Prototheca zopfii, capaz de degradar un 41,4% de los hidrocarburos totales de una mezcla de crudo de petróleo al 1% v/v, y hasta un 10,7% de los hidrocarburos en muestras refinadas de petróleo al 1% v/v. Posteriormente otros estudios han mostrado que las algas son capaces de degradar hidrocarburos y derivados del petróleo (Atlas et al., 1981. Microbiological Reviews 45: 180-209; Semple et al., 1999. FEMS Microbiol. Lett. 170: 291-300). Entre las especies estudiadas se encuentran representantes de los géneros Chlorella, Dunaliella, Chlamydomonas, Ulva, Cylindrotheca, Amphora, Porphyridium, Petalonia, Scenedesmus, Selenastrum, etc. (Cerniglia et al., 1980. J Gen Microbiol 116: 495-500; Semple et al., 1999. FEMS Microbiol. Lett. 170: 291-300; Lei et al., 2006. Biores. Technol. 98: 273-280).

Los últimos estudios indican que algunas especies de Scenedesmus son eficaces para la eliminación de hidrocarburos procedentes del petróleo. En este sentido Lei y colaboradores observaron niveles de hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAHs) típicos del petróleo inferiores al 12% y 3% del total inicial en el medio tras 7 días de exposición de S platydiscus y S quadricauda (Lei et al., 2006. Biores. Technol. 98: 273-280). Por su parte, Gamila e Ibrahim encontraron niveles de desaparición de PAHs y alcanos superiores al 85% del total inicial tras 6 semanas de exposición de S. obliquus con petróleo al 0.1% (v:v) en agua (Bull. Environ. Contam. Toxicol. 2004. 73: 883-889).

Sin embargo el grado de eliminación de los hidrocarburos procedentes del petróleo depende de la especie de microalga seleccionada. Por ejemplo, Warshawsky y colaboradores demostraron que la eliminación de benzopireno y dihidrodioles es casi completa en S. acutus, mientras que otros géneros como Chlamydomonas no degradan benzopirenos (Chemo-Biological Interactions 1995. 97: 131-148). Este hecho pone de relieve el interés de disponer de cepas microalgales específicas que tengan una mayor capacidad para degradar los hidrocarburos procedentes del petróleo.

Sin embargo, la biodegradación de hidrocarburos, aún se encuentra con dificultades y limitaciones para su aplicación comercial, por la ausencia de cepas de microorganismos capaces de tolerar y degradar mezclas complejas de hidrocarburos que son las que se encuentran habitualmente en vertidos de petróleo o en vertidos industriales. Otra limitación para la biorremediación de crudo de petróleo y sus derivados, es la ausencia de microorganismos que degraden eficazmente contaminantes tóxicos del petróleo como pueden ser los hidrocarburos aromáticos. Igualmente importante es el hecho de que muchos de los microorganismos descritos hasta el momento están altamente especializados y son extremadamente difíciles de cultivar, o con unos requerimientos ambientales y nutricionales altamente exigentes, lo que complica sobremanera su empleo en condiciones habituales de vertido.

La presente invención proporciona una cepa microalgal, aislada en la naturaleza y biológicamente pura, capaz de eliminar mezclas complejas de hidrocarburos procedentes del petróleo y sus derivados. Dicha cepa degrada de manera eficaz, entre otros, hidrocarburos altamente tóxicos procedentes del petróleo como los hidrocarburos aromáticos tipo BTEX. También es objeto de la presente invención, proporcionar un procedimiento de biorremediación para la degradación del crudo de petróleo, de los hidrocarburos presentes en éste y sus derivados en el agua, basado en el empleo de dicha cepa microalgal. La presente invención, por tanto, contribuye a solucionar los problemas derivados de la contaminación por hidrocarburos causada por un vertido de petróleo o cualquier otro motivo, superando los inconvenientes descritos en el estado de la técnica.

Descripción de la invención

La presente invención contribuye a paliar los problemas medioambientales asociados con el vertido incontrolado o accidental de petróleo y el tratamiento de efluentes de plantas industriales que contienen hidrocarburos, principalmente en medios acuosos, mediante la utilización de una cepa microalgal que elimina hidrocarburos procedentes... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Cepa de microalga, aislada y biológicamente pura, para biorremediación, caracterizada porque pertenece a la especie Scenedesmus obtusus y degrada hidrocarburos procedentes de petróleo.

2. Cepa según la reivindicación 1, caracterizada porque degrada BTEX.

3. Cepa según la reivindicación 1, caracterizada porque degrada al menos uno o varios de entre los hidrocarburos petrolíferos presentes en derivados del petróleo tales como gases licuados, naftas, disolventes tipo "White Spirit", supercarburante, gasolina, carburante de reactores, queroseno, fuel-oil doméstico, gasóleo de motor, parafinas, fueles pesados, aceites base, ceras y asfaltos.

4. Cepa según reivindicación 3, caracterizada porque degrada hidrocarburos cuyo número de átomos de carbono comprende desde 1 átomo de carbono hasta más de 60 átomos de carbono.

5. Cepa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque:

- las células de dicha cepa tienen forma ovalada de aproximadamente 7,5 μm de diámetro medio y 6,4 μm de altura media;

- forma cenobios fasciculares de 2 a 8 células conectadas entre sí en los que los núcleos de dichas células no coinciden con el eje de dicho cenobio;

- cada célula se duplica a una velocidad de aproximadamente 1 división por día.

6. Cepa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque crece en un intervalo de temperaturas entre 20 y 30ºC, un intervalo de pH entre 7 y 8,5, y un intervalo de intensidad lumínica entre 30 y 700 μmol/m2s.

7. Cepa según la reivindicación 6, caracterizada porque crece a 22ºC; pH 8,2, y una intensidad lumínica de 60 μmol/m2s.

8. Cepa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque crece en un medio que contiene hidrocarburos procedentes de petróleo como única fuente de carbono.

9. Cepa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque es un clon que se ha obtenido por un procedimiento que comprende al menos las etapas de:

a) Obtención de una muestra en un entorno natural que ha recibido hidrocarburos petrolíferos;

b) Selección de un clon de S. obtusus en dicha muestra obtenida en la etapa a);

c) Aislamiento de dicha célula seleccionada en la etapa b) y transferencia de la célula seleccionada a un medio de cultivo.

10. Cepa según la reivindicación 9, caracterizada porque el entorno natural en el que se obtiene dicha cepa es un medio acuático tal como un río, lago, embalse, acuífero o un medio marino.

11. Cepa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque es un clon de la cepa de S. obtusus denominada SoP3 que se encuentra depositado en el Banco Nacional de Algas con referencia BNA D33_09, o cualquier mutante o variante genéticamente modificada de la misma.

12. Dispositivo para la degradación de hidrocarburos petrolíferos, caracterizado porque comprende al menos una cepa de S. obtusus que degrada hidrocarburos petrolíferos, confinada en un espacio o soporte físico.

13. Dispositivo según la reivindicación 12, caracterizado porque el soporte físico está constituido por, al menos, un material silíceo, plástico, celulósico o sintético.

14. Dispositivo según la reivindicación 13, caracterizado porque dicho material comprende, al menos, un compuesto de entre poliuretano, poliéster, polisulfonato, polivinilo, poliamida, acetato de celulosa, resinas epoxy, carrágeno, agar, alginato o colágeno.

15. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque la cepa confinada es la cepa denominada SoP3 de S. obtusus que se encuentra depositado en el Banco Nacional de Algas con referencia BNA D33_09, o cualquier mutante o variante genéticamente modificada de la misma.

16. Procedimiento de biorremediación de hidrocarburos petrolíferos, caracterizado porque comprende el empleo de al menos una cepa de S. obtusus que degrada hidrocarburos petrolíferos.

17. Procedimiento de biorremediación de hidrocarburos petrolíferos según la reivindicación 16, caracterizado porque la cepa de S. obtusus empleada, es la denominada SoP3 que se encuentra depositado en el Banco Nacional de Algas con referencia BNA D33_09, o cualquier mutante o variante genéticamente modificada de la misma.

18. Procedimiento de biorremediación de hidrocarburos petrolíferos según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 17, caracterizado porque degrada al menos uno o varios de entre los hidrocarburos petrolíferos presentes en derivados del petróleo tales como gases licuados, naftas, disolventes tipo "White Spirit", supercarburante, gasolina, carburante de reactores, queroseno, fuel-oil doméstico, gasóleo de motor, parafinas, fueles pesados, aceites base, ceras y asfaltos.

19. Procedimiento de biorremediación de hidrocarburos petrolíferos según la reivindicación 18, caracterizado porque degrada hidrocarburos cuyo número de átomos de carbono comprende desde 1 átomo de carbono hasta más de 60 átomos de carbono.

20. Procedimiento de biorremediación de hidrocarburos petrolíferos según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 19, caracterizado porque comprende al menos las etapas de:

a) Acondicionamiento del medio contaminado;

b) Inoculación del medio con al menos una cepa de S. obtusus que degrada hidrocarburos petrolíferos.

21. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 19, caracterizado porque comprende al menos las etapas de:

a) Acondicionamiento del medio contaminado;

b) Puesta en contacto del medio contaminado con un dispositivo que contiene un inoculo de la cepa de S. obtusus que degrada hidrocarburos petrolíferos, confinado en un espacio o soporte físico.

22. Procedimiento de biorremediación de hidrocarburos petrolíferos según cualquiera de las reivindicaciones 20 a 21, caracterizado porque la etapa de acondicionamiento del medio comprende el ajuste de uno o varios parámetros de entre el pH, la temperatura, la concentración de oxígeno disuelto, la iluminación, la presión o la velocidad de flujo.

23. Procedimiento según la reivindicación 22, caracterizado porque la etapa de acondicionamiento comprende el ajuste del pH a 8,2, la temperatura a 22ºC y la iluminación a 60 μmol/m2s.

24. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 20 a 23, caracterizado porque comprende el inoculo de al menos 103 células/ml de la cepa de S. obtusus.

25. Procedimiento según la reivindicación 24, caracterizado porque comprende el inoculo de al menos 106 células/ml de la cepa de S. obtusus.

26. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 20 a 25, caracterizado porque incluye uno o varios ciclos consistentes en la retirada de la biomasa microalgal generada en el cultivo y la inoculación de nuevos clones de dicha cepa.

27. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 26, caracterizado porque el medio a tratar comprende un río, un embalse de agua, un pantano, un lago, un acuífero, un medio marino, un depósito o receptáculo destinado a almacenar líquido, un tanque de almacenamiento de agua de abastecimiento humano, un tanque o depósito de una depuradora de agua potable, un receptáculo o conducto de tratamiento de agua en una depuradora de aguas residuales, un reactor para tratamiento de vertidos, efluentes industriales o aguas residuales, superficies de suelos, y superficies de medios sólidos.


 

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