Bacteria recombinante capaz de remover especies químicas de mercurio (II); cadmio y cobre en presencia de otros metales pesados desde sitios contaminados; producto para la biorremediación; proceso de obtención del producto y método de aplicación para la biorremediación.

Bacteria recombinante Cupriavidus metallidurans MSR33 con alta resistencia a metales pesados,

capaz de remover especies químicas de mercurio (II), cadmio y cobre, en presencia de otros metales pesados desde sitios contaminados, que ha sido depositada bajo el número de acceso NRRL B-50299. Producto para la biorremediación de ambientes contaminados con metales pesados, en donde el producto comprende un inóculo bacteriano de dicha cepa. Proceso de obtención del producto para la biorremediación de ambientes contaminados con metales pesados. Método para la biorremediación de un ambiente contaminado con metales pesados, que utiliza a dicho producto para la biorremediación.

Bacteria recombinante capaz de remover especies químicas de mercurio (II) , cadmio y cobre en presencia de otros metales pesados desde sitios contaminados, producto para la biorremediación, proceso de obtención del producto y método de aplicación para la biorremediación.

La presente invención se refiere a una bacteria biorremediadora Cupriavidus metallidurans MSR33, depositada bajo el número de acceso NRRL B-50299. Esta nueva cepa es capaz de remover mercurio inorgánico, compuestos organomercuriales, cadmio y cobre de suelos contaminados, aguas contaminadas o residuos industriales contaminados. Esta propiedad se debe a que ha incorporado nuevos genes mer, que le otorgan una alta resistencia a compuestos organomercuriales, mercurio inorgánico y cadmio, lo que se suma a la alta resistencia a otros metales pesados como el cobre, propia de la cepa bacteriana nativa. La invención también se refiere a un producto para la biorremediación que la comprende, a su procedimiento de obtención y al método de biorremediación de ambientes contaminados con metales pesados como mercurio inorgánico, compuestos organomercuriales, cadmio y cobre con dicha cepa Cupriavidus metallidurans MSR33 NRRL B-50299.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los metales pesados tales como cobre, níquel, zinc y cobalto son nutrientes que cumplen funciones biológicas a concentraciones bajas, pero son tóxicos para los organismos a concentraciones elevadas. Otros metales como mercurio, cadmio, y plomo, no poseen funciones biológicas y a bajas concentraciones son tóxicos. El Ministerio del Medioambiente de Quebec, Canadá, ha establecido concentraciones máximas permitidas en suelos para mercurio de 0, 2 Ig/g, para cadmio 1, 5 Ig/g y para cobre de 40 Ig/g. Los metales pesados presentes en suelos y aguas contaminadas, provienen de fuentes naturales y de contaminación antropogénica, ya sea por actividad minera u otras actividades como la producción de electricidad utilizando combustibles fósiles. La contaminación de aguas por mercurio ocurre principalmente por deposición atmosférica, como lluvias, y por efluentes provenientes de residuos industriales, en donde la principal forma corresponde al ión Hg+2. La deposición de residuos mineros ricos en minerales, las fundiciones de cobre, las emisiones de incineraciones y de combustión de combustibles fósiles son actividades antropogénicas importantes que contaminan grandes extensiones de suelos con elementos tóxicos. De acuerdo a los antecedentes presentados en el año 2007 por la agencia de protección medioambiental de Estados Unidos (EPA) , la minería de oro es responsable del 18% de las emisiones antropogénicas de mercurio a suelos. El mercurio iónico puede ser metilado por microorganismos para producir metilmercurio (MeHg+) . El metilmercurio es la especie más tóxica de mercurio (II) y representa un problema para la salud pública. Debido a su bioacumulación y biomagnificación en la cadena alimenticia representa riesgos para la salud humana. Dado los peligros asociados con la contaminación de mercurio, se han aumentado las restricciones de este metal en residuos industriales líquidos, en donde la concentración máxima permitida en Europa es º 50 ng/g.

Las especies de mercurio son tóxicas. La exposición a mercurio puede provocar enfermedades neurológicas, daño cerebral e incluso la muerte. Dentro de la especies de Hg (II) , los compuestos organomercuriales son los más tóxicos. Una de las principales fuentes de contaminación por mercurio en suelos, es la minería y en particular la extracción de oro. Esta contaminación es producida por la minería de oro en gran escala y la minería artesanal, la cual se encuentra más distribuida en el mundo, utilizan mercurio para la extracción del metal precioso mediante la formación de amalgama. Como consecuencia de esto, el mercurio puede contaminar los suelos, lo que afecta a los seres humanos y el ambiente.

El cadmio no posee un ciclo redox reactivo. Su toxicidad se debería a la disminución de glutatión y a la interacción con los grupos sulfidrilo en proteínas. La exposición a cadmio puede provocar afecciones pulmonares crónicas, renales, hipertensión y alteraciones óseas, dado que afecta el metabolismo del calcio, inhibiendo la activación de la vitamina D y produciendo una disminución en la absorción de éste y en la mineralización ósea. El cadmio en el medioambiente, se desplaza fácilmente desde el suelo a las plantas por la absorción de las raíces. De esta forma entra a la cadena alimenticia, lo que puede afectar la salud humana.

El cobre es un micronutriente esencial y está ampliamente distribuido en la naturaleza. El cobre es un componente esencial de muchas enzimas como las oxidasas. La exposición aguda o crónica por ingestión a sales de cobre puede producir necrosis hepática y la muerte. La contaminación de cobre en Chile proviene principalmente de la actividad minera y de la aplicación de pesticidas, fungicidas y alguicidas. En Chile, el problema de la contaminación con cobre es relevante. Como producto de la actividad minera, suelos agrícolas se han contaminado con niveles importantes de este metal, el cual puede ser transferido a los animales y al hombre a través de la cadena alimenticia.

Los metales pesados pueden ser removidos desde sitios contaminados por procesos fisicoquímicos tales como intercambio iónico por columnas, adsorbentes como carbón activado, precipitación química, procesos de filtración, etc. Estos procesos son generalmente poco selectivos y requieren tratamientos posteriores costosos o bien de regeneración. Además, estos procesos pueden llevar a la producción de compuestos aún más tóxicos, ya sea por procesos de concentración o de formación de nuevos productos por la aplicación de otros compuestos químicos ES 2 396 765 Al

para la precipitación, coagulación y floculación. Para la remoción de mercurio los métodos biológicos como la biorremediación bacteriana son una alternativa atractiva. Esta alternativa, ha demostrado ser robusta con bajo costo relativo en escala industrial cuando se ha aplicado en residuos industriales líquidos de plantas de fabricación de cloro-alcalino. La remoción biológica de mercurio es altamente selectiva y eficiente y puede minimizar el volumen final de contaminante para su disposición final.

Los microorganismos como las bacterias participan en el ciclo global del mercurio reduciendo las formas químicas de Hg (II) (Hg+2, MeHg+) a la forma metálica Hg0. El mercurio reducido (Hg0) es menos soluble en sistemas acuosos y por lo tanto está menos biodisponible, siendo esta forma la menos tóxica de todas las especies de mercurio. La aplicación biotecnológica de remoción de mercurio de aguas y suelos contaminados, consiste en biotransformar las especies de mercurio II en la forma metálica Hg0 y recolectarlo desde la fase gaseosa en un medio oxidante. El sistema ofrece un mínimo volumen de mercurio recolectado en una solución oxidante el cual requiere un tratamiento posterior mínimo para evitar contaminación secundaria que consiste principalmente en precipitación química en medio alcalino o con súlfuro.

El proceso de reducción de las formas de mercurio a mercurio metálico está ampliamente distribuido en bacterias Gram positivas y Gram negativas. Los genes responsables de la incorporación y reducción del metal se encuentran organizados en operones presentes en plásmidos y en transposones. Un operón mer típico de bacterias Gram negativas, que otorga resistencia a compuestos de mercurio, está constituido por los genes merRTPABD. Una condición de estrés a mercurio, induce la expresión de los genes estructurales merTPAB, bajo el control del regulador transcripcional codificado por el gen merR. MerR es un regulador de la transcripción del operón mer que actúa como represor o activador en ausencia o presencia de mercurio, respectivamente. MerD es una proteína sintetizada cuando el mercurio ya ha sido removido del interior de la célula y actuaría como un regulador a distancia. MerP corresponde a la proteína periplasmática que captura el mercurio extracelular y lo traspasa a la proteína de membrana MerT, la cual cede el ión de mercurio a la proteína citosólica reductasa mercúrica MerA que reduce el mercurio iónico hasta su estado metálico. MerB es la proteína encargada de romper el enlace Hg-C de compuestos organomercuriales y dejar disponible el ión mercúrico para su reducción al estado metálico. Los operones mer que carecen del gen merB, son clasificados como de corto espectro, debido a que confieren una baja resistencia a mercurio y no confieren resistencia a compuestos organomercuriales. Los operones mer que poseen el gen merB son clasificados como de amplio espectro. Un reciente estudio ha logrado aislar... [Seguir leyendo]

1. Una cepa bacteriana biorremediadora, caracterizada por que corresponde a la cepa Cupriavidus metallidurans MSR33, depositada bajo el número de acceso NRRL B-50299.

2. La cepa bacteriana biorremediadora de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizada por que contiene el plasmidio pTP6.

3. La cepa bacteriana biorremediadora de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizada por que contiene los genes de resistencia al mercurio merR1, merT, merP, merA, merG, merB1, merR2, merB2, merD2 y merE.

4. La cepa bacteriana biorremediadora de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizada por que es capaz de biorremediar metales pesados.

5. La cepa bacteriana biorremediadora de acuerdo a la reivindicación 4, caracterizada por que dicho metal pesado es mercurio en su forma inorgánica, mercurio en su forma orgánica, cadmio o cobre.

6. Un producto para la biorremediación de ambientes contaminados con metales pesados, caracterizado por que comprende un inóculo bacteriano de la cepa Cupriavidus metallidurans MSR33, NRRL B-50299 de acuerdo a las reivindicaciones 1 y 2.

7. El producto para la biorremediación de acuerdo a la reivindicación 6, caracterizado por que dicho inóculo contiene alrededor de 104 a 1012 células/ml de la cepa Cupriavidus metallidurans MSR33.

8. El producto para la biorremediación de acuerdo a la reivindicación 6, caracterizado por que dicho inóculo contiene células liofilizadas de la cepa Cupriavidus metallidurans MSR33.

9. El producto para la biorremediación de acuerdo a la reivindicación 6, caracterizado por que dicho inóculo contiene células encapsuladas en alginato de la cepa Cupriavidus metallidurans MSR33.

10. El producto para la biorremediación de acuerdo a las reivindicaciones 6, 7, 8 ó 9 caracterizado por que dicho inóculo bacteriano ha sido cultivado en presencia de mercurio inorgánico o cadmio inorgánico en estado de oxidación bivalente como inductores de los genes mer.

11. Un método para la biorremediación de un ambiente contaminado con metales pesados, caracterizado por que dicho método comprende las etapas de:

a) agregar el producto de acuerdo a las reivindicaciones 6, 7, 8 ó 9 a dicho ambiente contaminado con metales pesados, en donde dicha cepa Cupriavidus metallidurans MSR33, NRRL B-50299, es capaz de remover un metal pesado o varios metales pesados;

b) incubar dicho producto que contiene el inóculo bacteriano en dicho ambiente durante un periodo de tiempo de entre 1 hora hasta 4 semanas para permitir la remoción de metales pesados contenido en dicho ambiente.

12. Un método de acuerdo a la reivindicación 11, caracterizado por que dicho metal pesado es mercurio en su forma orgánica o inorgánica, cadmio o cobre.

13. Un método para la biorremediación de un ambiente contaminado con metales pesados de acuerdo a la reivindicación 11, caracterizado por que dicha incubación de dicho producto que contiene el inóculo bacteriano en dicho ambiente se realiza adicionalmente en presencia de un reductor como tioglicolato (mercaptoacetato) durante un periodo de tiempo de entre 1 hora hasta 4 semanas para permitir la remoción de especies de mercurio (II) contenido en dicho ambiente.

14. Un método para la biorremediación de un ambiente contaminado con especies de mercurio (II) de acuerdo a la reivindicación 11, caracterizado por que dicho método comprende las etapas de:

a) agregar el producto de acuerdo a las reivindicaciones 6, 7, 8 ó 9 a dicho ambiente contaminado con especies de mercurio (II) en presencia del reductor tioglicolato de sodio o potasio, en donde dicha bacteria es capaz de remover dichas especies de mercurio (II) e;

b) incubar dicho producto que contiene el inóculo bacteriano en dicho ambiente durante un periodo de entre 1 hora hasta 4 semanas para permitir la remoción de dichas especies de mercurio (II) contenido en dicho ambiente.

15. Un método para la biorremediación de un ambiente contaminado con cadmio de acuerdo a la reivindicación 11, caracterizado por que dicho método comprende las etapas de:

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a) agregar el producto de acuerdo a las reivindicaciones 6, 7, 8 ó 9 a dicho ambiente contaminado con cadmio, en donde dicha bacteria es capaz de remover dicho metal e;

b) incubar dicho producto que contiene el inóculo bacteriano en dicho ambiente durante un periodo de entre 1 hora hasta 4 semanas para permitir la remoción de dicho metal contenido en dicho ambiente.

16. Un método para la biorremediación de un ambiente contaminado con cobre de acuerdo a la reivindicación 11, caracterizado por que dicho método comprende las etapas de:

a) agregar el producto de acuerdo a las reivindicaciones 6, 7, 8 ó 9 a dicho ambiente contaminado con cobre, en donde dicha bacteria es capaz de remover dicho metal e;

b) incubar dicho producto que contiene el inóculo bacteriano en dicho ambiente durante un periodo de entre 1 10 hora hasta 4 semanas para permitir la remoción de dicho metal contenido en dicho ambiente.

17. Proceso de obtención del producto de las reivindicaciones 6 a 10, caracterizado por que se cultiva la cepa Cupriavidus metallidurans MSR33, NRRL B-50299, hasta alcanzar una concentración de entre 104 a 1012 células/ml.

18. Proceso de acuerdo con la reivindicación 17 caracterizado por que dicho inóculo bacteriano ha sido cultivado en presencia de mercurio inorgánico en estado de oxidación bivalente como un inductor de los genes mer.

19. Proceso de acuerdo con la reivindicación 17 caracterizado por que dicho inóculo bacteriano ha sido cultivado en presencia de cadmio inorgánico en estado de oxidación bivalente como un inductor de los genes mer.