Caracterización molecular de bacterias degradadoras de pentaeritritol tetranitrato (PETN) aisladas de ambientes mineros y evaluación de su eficiencia de degradación

Abstract

Los explosivos son considerados contaminantes por sus características xenobióticas y constituyen un riesgo para la salud porque algunos son tóxicos y carcinogénicos. Entre los más energéticos y recalcitrantes está el pentaeritritol tetranitrato (PETN) por sus enlaces éster de difícil degradación. Dado que este explosivo es ampliamente usado en la explotación minera, petrolera y en otras actividades en el Perú, en el presente estudio se evaluó la capacidad degradativa de PETN por bacterias aisladas de ambientes mineros con la perspectiva de desarrollar técnicas de mitigación de la contaminación y riesgo por explosivos.

Se identificaron las cepas J8A2 y M1B como Bacillus sp. y Enterobacter sp., respectivamente, las cuales demostraron la mayor eficiencia de degradación de PETN. En la cinética de degradación se obtuvo una velocidad específica de crecimiento de 0.057 h-1 para J8A2 y 0.042 h-1 para M1B, y una velocidad específica de degradación de 0.72 mmol de PETN/g de proteína.h y 1.16 mmol de PETN/g de proteína.h, respectivamente. Sin embargo, el rendimiento por sustrato de J8A2 fue de 39.7 ± 2.1 g de proteína/mol de PETN y de M1B 21.56 ± 1.5 g de proteína/mol de PETN. Además, el extracto crudo de la cepa J8A2 mostró una actividad específica (U) de 1.03 mmol de PETN/h y una actividad específica por proteína (U/g) de 138.6 mmol de PETN/g.h.

En conclusión, estos resultados demuestran la presencia de bacterias degradadoras de PETN en ambientes mineros con potencial para ser empleadas en procesos de biorremediación.

Palabras clave: Pentaeritritol tetranitrato, contaminación, minería, biodegradación, Bacillus sp., Enterobacter sp.

Explosives are considered pollutants for their xenobiotic characteristics. They constitute a health hazard because some of them are toxic and carcinogenic. Pentaerythritol tetranitrate (PETN) is included among the most energetic and xenobiotic explosive for its ester bonds that are difficult to degrade. As this explosive is widely used in mining, oil and other activities in Peru, in the present study we evaluated PETN degradation capacity of bacterial strains isolated from mining environments to develop techniques to mitigate pollution and explosives risk.

J8A2 and M1B strains were identified as Bacillus sp. and Enterobacter sp. respectively, and demonstrated a great PETN degradation efficiency. Degradation kinetics results showed specific growth rate of 0.057 h-1 for J8A2 and 0.042 h-1 for M1B, and specific rate of PETN degradation of 0.72 mmol of PETN/g of protein.h and 1.16 mmol of PETN/g of protein.h, respectively. However, the growth yield of J8A2 was 39.7 ± 2.1 g of protein/mol of PETN and the growth yield of M1B was 21.56 ± 1.5 g of protein/mol of PETN. Furthermore, crude extract of J8A2 strain showed a specific activity (U) of 1.03 mmol of PETN/h and a specific activity per protein (U/g) of 138.6 mmol of PETN/g.h.

In conclusion, these findings demonstrated the presence of PETN degrading bacteria in mining environments with potential to be applied in bioremediation processes.

Keywords: Pentaerythritol tetranitrate, contamination, mining, biodegradation, Bacillus sp., Enterobacter sp.