Presentació sobre e paper fonamental que tenen els bacteris en el nostre planeta. XIV Jornada de Professorat de Biologia del Batxillerat

1. Anna Maria Solanas
Catedràtica Jubilada de Microbiologia
Universitat de Barcelona
LA CARA AMABLE DELS BACTERIS:
MICROORGANISMES I BIOREMEDIACIÓ

2. El bacteri Yersinia pestis, causant de la pesta bubònica, va acabar amb un terç de
la població europea en el segle XIV
El triomf de la mort P. Brueghel
LA CARA FOSCA DELS BACTERIS
Quan el conquistador espanyol Hernan Cortés va desembarcar a Mèxic l’any 1534, la
població nativa era d’uns 30 milions de persones, passats 50 anys havia disminuït fins
a 3 milions
Conquesta de Mèxic per Hernán Cortés
Juan i Miguel Hernández

3. ● Actualment les malalties infeccioses son la segona
causa de mortalitat al mon
LA CARA FOSCA DELS BACTERIS

4. ● Unes poques bactèries, les patògenes,
son les nostres adversàries
● Entre desenes de mils d’espècies
bacterianes, nomes aproximadament un
centenar, trenquen la convivència pacífica
amb la humanitat
LA REALITAT

5. Dibuix Eulàlia Rovira
LA CARA AMABLE DELS BACTERIS :
LA VIDA VA APARÈIXER EN FORMA
DE CÈL·LULA PROCARIOTA

6. ● Els bacteris van canviar les condicions del
nostre planeta i van permetre l’aparició de la
vida humana
LA CARA AMABLE DELS BACTERIS :
FORMACIÓ DE L’ATMOSFERA
AMB OXIGEN

7. H2S H2O
Alliberament de
Sofre (S)
Alliberament de
Oxigen (O2)
Llum + CO2
NOUS BACTERISBACTERIS DEL SOFRE
Fotosíntesis
:
LA CARA AMABLE DELS BACTERIS :
FORMACIÓ DE L’ATMOSFERA
AMB OXIGEN

8. La major inventiva bioquímica i
metabòlica de tots els éssers vius
Els trobem a tot arreu
LA CARA AMABLE DELS BACTERIS :
ELS BACTERIS SON ELS AMOS DEL NOSTRE
PLANETA

9. Dibuix Eulàlia Rovira
SUCCESOS OCURREGUTS A LA TERRA DES DE LA
SEVA FORMACIÓ

10. ● Poden respirar sense oxigen
● Poden viure a temperatures extremes (80–100ºC)(-13ºC)
● Poden viure en grans concentracions salines
● Poden viure només amb matèria inorgànica sense fer la
fotosíntesi
● Poden viure en presència de tòxics
LA CARA AMABLE DELS BACTERIS :
ELS BACTERIS SON ELS AMOS DEL NOSTRE
PLANETA

11. Si no fos pels bacteris,
el planeta Terra es col·lapsaria
LA CARA AMABLE DELS BACTERIS

12. PRODUCTORS
CONSUMIDORS
DESCOMPONEDORS
Mort
Mort
co2
Carbó orgànic
C6H12O6
Nitrògen i Fòsfor orgànics
Carbó orgànic C6H12O6
Nitrògen i Fòsfor orgànics
Nitrogen i
Fòsfor
inorgànics

13. COMPOSTOS BIOGÈNICSMort
+ H2 OCO2
MINERALITZACIÓ
DESCOMPOSICIÓ MICROBIANA
+ N, P, S… inorgànics

14. ● Durant la segona meitat del segle XX, va aparèixer
un nou concepte de pol·lució: la “nova pol·lució” ja
no valia el vell principi sanitari de que la solució a
la pol·lució estava en la dilució
● Presència de productes químics als quals el medi
ambient no havia estat exposat prèviament.
LA CONTAMINACIÓ QUÍMICA

15. LA CONTAMINACIÓ QUÍMICA

16. ● Productes químics fabricats per l’home com
els PCBs, els plaguicides, els detergents, els plàstics...
● o no sintetitzats per l’home però que la seva activitat és
responsable de la introducció de quantitats anormals
(petroli, metalls pesats, nitrats...)
● o els que resulten de la combustió d’alguns d’ells
(fuels, gasolines...)
LA CONTAMINACIÓ QUÍMICA

17. Evitar Avaluar Eliminar

18. Perquè els microorganismes, i
en particular els bacteris, son
els grans protagonistes?

19. BACTERIS
• Estructura senzilla
• Gran variabilitat genètica
• Molts tipus de metabolisme

20. Evitar Avaluar Eliminar

21. Bioplàstics
Els Polihidroxialcanoats
(PHAs)
Polímers bacterians
EVITAR

22. • 1962 Primera patent (USA)
• 1982 Produït industrialment a Anglaterra
amb el nom de Biopol
• 1990 Primer producte de consum a
Alemanya: Xampú Wella A.G.
PRODUCCIÓ DE BIOPLÀSTICS

23. PRODUCCIÓ DE BIOPLÀSTICS

24. ► Bacillus thuringensis
PRODUCCIÓ DE BIOINSECTICIDES

25. ● Futureco Bioscience
● Empresa catalana de
biofertilitzants i biopesticides
● Líder a Europa i una de les 10
primeres del mon
PRODUCCIÓ DE BIOINSECTICIDES
Espores del fong Isaria fumosorosea
Molt eficaç contra la mosca blanca

26. EVITAR
● Producció de productes que poden substituir
a d’altres molt contaminants
Enzims pel blanqueig del paper
xilanoxilano celulosacelulosa pectinapectina

27. Evitar Avaluar Eliminar

28. ● Productes de nova síntesi
● Productes que ja estan en el nostre entorn
● Problemàtica de la interacció entre contaminants
i formació de nous productes tòxics (Cas
emblemàtic de l’atmosfera)
AVALUACIÓ DE LA TOXICITAT
DE PRODUCTES QUÍMICS

29. ● Assaigs de toxicitat aguda: Microtox
● Assaigs de mutagenicitat: Test de Ames
AVALUACIÓ DE LA TOXICITAT
DE PRODUCTES QUÍMICS

30. Test de toxicitat aguda
Bacteri: Aliivibrio fischeri.
TOXICITAT AGUDA
Exem: Depuradores
Avaluació de diferents etapes
i avaluació dels efluents

31. AVALUAR
● Assaigs de toxicitat aguda: Microtox
● Assaigs de mutagenicitat: Test de Ames
AVALUACIÓ DE LA TOXICITAT
DE PRODUCTES QUÍMICS

32. Salmonella typhimurium
Bruce N. Ames
Test de Ames de Mutagenicitat

33. • Administració prolongada de diferents dosis (una es la dosis
màxima tolerable) a animals de laboratori
• Durant tota la vida del animal (aprox 2 anys)
• Observació de teixits macroscòpica y microscòpica amb
testimonis (cerca de tumors)
• Administració igual a la que l’home te el risc de ser exposat
• L'espècie animal l’ha de metabolitzar-lo igual que l’home
(moltes vegades es desconeix el tipus de biotransformació en el
cos humà)
• Limitacions econòmiques
TEST IN VIVO DETECCIÓ CANCERÍGENS QUÍMICS

34. ASSAJOS BIODIRIGITS

35. Estudi de la Mutagenicitat de la matèria particulada de la
ciutat de Barcelona (1990)

36. Evitar Avaluar Eliminar

37. ELIMINAR
Bioremediació
Biotecnologia que aprofita l’activitat biològica dels
microorganismes per a la recuperació de sòls, aigües
subterrànies, platges i roques contaminats
GUIA DE BIOREMEDIACIÓ ANNA MARIA SOLANAS JUNTA DE RESIDUS

38. Si els microorganismes només han desenvolupat
els sistemes enzimàtics que es requereixen per a
la degradació dels constituents cel·lulars o
compostos biogènics,
que succeirà amb compostos d'estructura química
molt diferent a la dels compostos biogènics?.

39.  Hidrocarburs
 Plàstics
 Plaguicides
 Metalls pesants
FAMÍLIES DE CONTAMINANTS QUÍMICS

40. Dibuix Eulàlia Rovira
Pesticides, PCBs, Plàstics
SUCCESOS OCURREGUTS A LA TERRA DES DE LA
SEVA FORMACIÓ
Compostos biogènics

41.  Compostos biogènics
 Compostos xenobiòtics
 ....
TIPUS DE CONTAMINANTS QUÍMICS EN
RELACIO A LA BIODEGRADABILITAT

42. El PET, politereftalat d’etilè.
BONES NOTÍCIES: JA HAN APAREGUT
BACTERIS DEGRADADORS DE PLÀSTICS
Ideonella sakaiensis
Treta de Yoshida et al 2016

43. ESTEM RODEJATS D’HIDROCARBURS
RIUS I MARS I

44. ALIFÀTICA
n-alcans
isoprenoids
cicloparafines
hopans
AROMÀTICA RESINES I
ASFALTENS
Monoaromatics
Poliaromatics N
N
S
Piridines
Quinolines
Carbazols
Tiofens
N
N
N
S
S
O

46. Processos de Diagènesis
Processos de Catagènesis

47. ● Compostos Biogènics (matèria orgànica dels
éssers vius)
● Compostos Diagenètics (Hidrocarburs)
● Compostos Xenobiótics (PCB’s, Plàstics...)
COMPOSTOS QUE S’ENFRONTEN A LES
COMUNITATS DESCOMPONEDORES

48. Relacionats amb el propi contaminant
● Biodegradabilitat
● Biodisponibilitat
FACTORS QUE CONDICIONEN LA
BIODEGRADACIÓ DELS CONTAMINANTS

49.  Adsorció (exem: argiles)
 Absorció (matèria orgànica)
 Pèrdua d’accès (nanoporos)
 Segrestament (humificació)
FACTORS RELACIONATS AMB EL PROPI
CONTAMINANT: BIODISPONIBILITAT
Pèrdua de biodisponibilitat de un contaminant en un sòl

50. FACTORS RELACIONATS AMB EL MEDI
 Temperatura
 Acceptors finals d’electrons
 Humitat
 Nutrients

51. Atac inicial per
oxigenases
Hidrocarburs
Degradació
per
metabolisme
perifèric i
central
O2
NH 4
+
PO4
3-
SO 4
-
Fe 3+
CO2
O 2
H 2O
Creixement
Biomassa
cel·lular
CO2

52.  Bioatenuació intrínseca o natural monitoritzada
 Bioestimulació
 Bioreforç
TIPUS DE BIOREMEDIACIÓ

53.  Acceptors finals d’electrons
 Nutrients hidròfils o oleofílics
 Tensioactius sintètics o biotensioactius
 Cosubstrats
Agents bioestimulants

54. Microorganismes obtinguts al laboratori aïllats
d’altres indrets
 Soques pures
 Consorcis de disseny
 Consorcis naturals
Bioreforç

55. BACTÈRIA DEGRADADORA DE FLUORÈ
Hidrocarbur
Fluorè
Brevibacterium sp.F101
Tesis Magdalena Grifoll

56. Elimina (mineralitza) el contaminant però forma
un subproducte, la fluorenona, que li és tòxic!!!
BACTÈRIA DEGRADADORA DE FLUORÈ

57. Pot eliminar (mineralitzar) la fluorenona
Pseudomonas mendocina
Tesis Mercè Casellas
BACTÈRIA DEGRADADORA DE FLUORENONA

58. El subproducte tòxic ja no s’acumula i
permet la total eliminació dels dos
contaminants (fluorè i fluorenona)
CONSORCI DE DISSENY
COCULTIU DELS DOS BACTERIS

59.  S’ha de inocular amb suficient biomassa microbiana.
El transport de grans quantitats de microorganismes en
estat actiu o induïts pot presentar dificultats
 S’ha de garantir la proliferació. Els bacteris afegits
han de enfrontar-se als depredadors i a les condicions
ambientals de la zona
Dificultats del bioreforç

61.  1. Investigació del lloc en relació als contaminants i
en relació al tipus de sòl
 2. Desenvolupament d’assajos de tractabilitat a nivell
de laboratori
 3. Desenvolupament d’assajos a escala pilot
 4. Implantació de la tecnologia escollida
 5. Establiment d’un programa de seguiment per
avaluar el comportament al llarg del temps
FASES DE UN PROJECTE DE
BIOREMEDIACIÓ

62. 1. Investigació del lloc :Sondejos,col·locació de piezòmetres

63. Comprovació de
l’existència de fase lliure
amb un bailer introduït
dins el piezòmetre

64. PROTOCOL D’ASSAJOS DE TRACTABILITAT:
PRIMERA FASE : ES POT APLICAR UNA BIOREMEDIACIÓ?
Caracterització
microbiológica i
química
Assaig ràpid de
biodegradabilitat
Activitat
metabòlica
microbiana
real i potencial

65. ACTIVITAT METABÒLICA MICROBIANA REAL I POTENCIAL
Sòl A Sòl B

66. ASSAIG RÀPID DE BIODEGRADABILITAT
Sòl B
Sòl A
min
0 20 40 60 80 100
mV
0
20
40
60
0
20
40
60
0
50
100
150
200
250
3000
50
100
150
200
250
300

67. Assaig de diferents tractaments en microcosms
 Acceptor final d’electrons
 Augment de la biodisponibilitat (Tensioactius)
 Addición de fonts fàcilment assimilables (Cometabolisme)
 Inoculació de consorcis microbians
Bioestimulació
Bioreforç
 Addició de nutrients (N i P)
 Humitat óptima
Segona fase: ¿En quines condicions
obtindrem millors resultats?

68. Flascons amb 600 g de sòl

69. Safates amb 3 Kg de sòl

70.  Segons l’emplaçament
- In situ
- Off site
 Segons tecnologia
- Bioventeig
- Landfarming
- Biopila estàtica o dinàmica
ESTRATÈGIES BIOREMEDIACIÓ SÒLS

71. Bioventeig

72. Landfarming

74. Biopila estàtica

75. Biopila dinàmica

76. Biopila dinàmica

78. AIGÚES SUBTERRÀNIES

81.  Oxigenant químic: Peròxid de Magnesi
 Nutrients oleofílics

82. AIGÜES SUBTERRÀNIES CONTAMINADES
PER NITRATS
La presència de nitrats és el principal problema associat a l’aigua
subterrània a Catalunya que afecta el 41% dels aqüífers i genera
problemes de subministrament d’aigua potable en un 15% dels municipis
Poblacions desnitrificants
Font. Agència Catalana del Aigüa
Etanol (Font d’energia i de
carboni)
NO3
-
NO2
-
N2

83. Marees negres: El Prestige

85. • Evitar que arribi a la costa
• Intentar recuperar el producte vessat
Que fer de manera inmediata?

86. Confinament amb barreres

88. Com s’ha d’actuar quan arriba
a la costa ?

92. Processos que actuen sobre una
marea negre

93. Extensió
Evaporació
Dissolució
Dispersió
Emulsió
Adsorció
Sedimentació
Fotooxidació
Biodegradació microbiana
PROCESSOS FÍSICS, QUÍMICS I BIOLÒGICS

94. • Fotodegradació
• Biodegradació microbiana
Hidrocarbur + Oxigen Anhídrid carbònic + Aigua
PROCESSOS QUE SUPOSEN LA VERTADERA
ELIMINACIÓ
Mineralització

95. Hi hauran microorganismes
degradadors d’hidrocarburs a
les costes gallegues?

96. Vaixell Any LLoc Càrrega (Tm)
Polycomander 1970 Vigo 32.000
Urquiola 1976 A Coruña 100.000
Amoco Cadiz 1978 Bretanya (Fr) 223.000
Tanio 1980 Bretanya 16.000
Cavo
Cambanos
1981 Tarragona 20.000
Exxon Valdez 1989 Alaska 37.000
Sea SpiriT 1990 West Gibraltar 12.200
Haven 1991 Génova 144.000
Aegean Sea 1992 A Coruña 15.000
Erika 1999 Bretanya 12.000
Prestige 2002 Galícia 76.000

98. Els microorganismes poden
biodegradar per igual tots els
hidrocarburs presents en un cru
de petroli o un fuel ?

99. Fracció
alifàtica
(%)
Fracció
aromática
(%)
Resines i
Asfaltens
(%)
Cru de
petroli
Casablanca
57 26 17
Fuel
Prestige 22 50 28

100. Zona d’intervenció
Santander
Barakaldo
Castro
Urdiales
Suances
Torrelavega
Los corrales de Buelna
Algorta
PortugaleteUrtuella
Muriedas
El Astillero
Colindres
Santoňa
Bilbo
Laredo

102. RT: 0,00 - 40,00
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Time (min)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
RelativeAbundance
9,88
17,17
15,64
18,67
20,14
14,24
12,54
21,54 22,90
25,5111,04
26,74
27,92
9,62
29,07
30,19
31,27
32,32
33,34
34,32
35,299,13
8,35
36,36
37,57
38,98
8,08
7,52
7,035,43
NL:
4,50E6
TIC MS
PETRO253
INCUBACIONS DEL TXAPAPOTE ARRIBAT A LA PLATJA AMB I SENSE S200
RT: 0,00 - 44,98
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Time (min)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
RelativeAbundance
9,88
17,17
15,64
18,67
20,14
14,24
12,54
21,54 22,90
25,51
26,74
27,92
9,62
29,07 30,19
32,32
33,34
35,299,13
8,35
36,36
37,57
38,98
8,08
42,54
7,52
5,43
NL:
4,75E6
TIC MS
petro253
Txapapote arribat a la platja
RT: 0,00 - 40,01
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Time (min)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
RelativeAbundance
9,93 14,27 24,3222,99 25,6020,19
12,66 18,7217,21 26,84 28,04
32,0629,19
12,56
32,45 34,46
9,66
36,37 37,27
9,178,38
8,12
7,25
6,965,28
NL:
2,75E7
TIC MS
invitro b02
Txapapote
degradat per la microflora
natural del propi txapapote
Txapapote
degradat per la microflora
natural del propi txapapote +
S200

104. 1
2 4
3 5
6
7 11
108 12
9
13
14 16
15 17
18
19 23
2220 24
21
PARCEL·LA CONTROL
PARCEL·LA TRACTADA

109. Gràcies per la vostra
atenció!