Degradación bacteriana de cianuro y compuestos nitrogenados tóxicos

La ruta de asimilación de cianuro en P. pseudoalcaligenes CECT5344 transcurre a través de un nitrilo formado por la reacción química del cianuro con el oxalacetato, siendo este último acumulado como consecuencia de la acción conjunta de una malato:quinona oxidoreductasa (MQO) y la oxidasa terminal resistente a cianuro (CioAB) (Luque-Almagro et al., 2011b). Los nitrilos pueden ser convertidos en amonio por la acción de una nitrilasa o un sistema nitrilo hidratasa/amidasa. Con el objetivo de elucidar la ruta de asimilación de cianuro en P. pseudoalcalígenes CECT5344, se ha analizado el proteoma de este microorganismo en condiciones cianotróficas frente a nitrato como fuente de nitrógeno como control. En este estudio se identificaron proteínas relacionadas con la ruta de asimilación de cianuro en la estirpe CECT5344, que aparecían inducidas por cianuro, como NitB y NitG, cuyos genes se encuentran localizados en la agrupación génica nit1C. Además de NitB y NitG, de función desconocida, la agrupación génica nit1C codifica un regulador transcripcional del tipo Fis dependiente de σ54 (NitA), una nitrilasa (NitC), una proteína que pertenece a la superfamilia S-adenosilmetionina (NitD), un miembro de la superfamilia N-aciltransferasa (NitE), un polipéptido de la familia AIRS/GARS (NitF) y una oxidorreductasa dependiente de NADH (NitH). Un análisis transcripcional mediante RT-PCR determinó que los genes nitBCDEFGH se cotranscriben, mientras que el gen regulador nitA se transcribe de forma divergente. Además, resultados obtenidos por RT-PCR confirman que la expresión de los genes nitBCDEFGH está inducida por cianuro y reprimida por amonio. La relación entre el cianuro y el grupo de genes nit1C queda patente por el fenotipo de los mutantes deficientes nitA, nitB y nitC, incapaces de usar complejos cianuro-metálicos o 2-hidroxinitrilos como única fuente de nitrógeno. Todos estos datos indican que la nitrilasa NitC, junto con la proteína NitB, utilizan de forma específica determinados nitrilos alifáticos como sustrato, entre los que se encuentran el formado durante la asimilación de cianuro (Estepa et al., 2012). Además, entre las proteínas inducidas por cianuro se identificaron una dihidropicolinato sintasa (DapA), una fosfoserina transaminasa (SerC) y una proteína de función desconocida (Orf1), las tres codificadas por genes del operón cio, una cianasa (CynS), la proteína S6 de la subunidad ribosomal 30S (RpsF), una superóxido dismutasa (SodB), la ferritina (Dps), una oxidorreductasa (Fpr) y un factor de elongación P (EF-P). Una vez identificadas, estas proteínas se han analizado funcionalmente y se han localizado en el genoma de P. pseudoalcaligenes CECT5344 los genes correspondientes, así como los genes adyacentes. La inducción de estas proteínas en condiciones cianotróficas sugiere que el metabolismo del cianuro incluye, además de la resistencia y asimilación de este tóxico, otros procesos biológicos relacionados con el metabolismo del cianato y de algunos aminoácidos, el estrés oxidativo y la homeostasis de hierro, entre otros. Por otra parte, el conocimiento en profundidad y la interpretación de la secuencia génica de P. pseudoalcaligenes CECT5344, así como el análisis comparativo frente a organismos no cianotrofos ha permitido entender algunos de los mecanismos implicados en la resistencia y asimilación de cianuro, lo que permitiría conducir a la posterior mejora del proceso de biodegradación de cianuro. Además, el estudio del genoma de la estirpe CECT5344 permitirá explorar la capacidad de este organismo para ser utilizado en procesos de biorremediación de residuos cianurados en los que se encuentran metales y otros tóxicos (Luque-Almagro et al., 2013; Wibberg et al., 2014). En este trabajo se muestran y discuten los resultados de la secuenciación del genoma de P. pseudoalcaligenes, así como el estudio del análisis filogenético y evolutivo de la cepa, estableciéndose de esta manera relaciones con otras especies en base a los genomas secuenciados de las mismas, entre las que destaca P. mendocina ymp relacionada con P. pseudoalcaligenes CECT5344. El estudio de las características del genoma de P. pseudoalcaligenes CECT5344 ha sido completado con un análisis comparativo frente a los genomas de otras especies de Pseudomonas, encontrándose así semejanzas y diferencias en cuanto a la distribución génica funcional. Por último, se muestra un análisis del genoma de P. pseudoalcaligenes CECT5344 en relación con los genes implicados probablemente en los procesos de asimilación de cianuro y residuos cianurados, tales como los codificantes de nitrilasas y aquellos implicados en la resistencia a cianuro como los constituyentes del operón cio que codifican la oxidasa terminal insensible a cianuro. Finalmente, se discute la presencia de genes implicados posiblemente en otros procesos con una alto potencial biotecnológico, tales como la producción de bioplásticos y la biodegradación de diversos contaminantes.

Aplicación de residuos en la fabricación de morteros industriales

La presente Tesis Doctoral estudia el uso de la fracción fina de los residuos de construcción y demolición (RCD) en la fabricación de morteros de albañilería. El principal uso de los áridos reciclados de RCD es la construcción de rellenos o firmes de carreteras, aunque su uso como áridos para la fabricación de hormigones o morteros le daría un mayor valor añadido. A nivel internacional existen numerosos estudios sobre la utilización de la fracción gruesa de los áridos reciclados de RCD en la fabricación de hormigones. Sin embargo son escasos los trabajos llevados a cabo para valorizar la fracción fina. Actualmente en España la fracción fina de los áridos reciclados de RCD está infrautilizada y en la mayoría de los casos depositada sin uso en los vertederos de las Plantas de reciclaje. En este trabajo se han utilizado dos tipos de áridos reciclados, uno procedente de residuos de hormigón (FRCA) y otro de residuos mixtos de tabiquería con un alto porcentaje de ladrillo rojo cerámico (FMRA). Todos los materiales han sido caracterizados desde un punto de vista físico, químico y mineralógico para justificar el efecto de su incorporación a la fabricación de morteros industriales de albañilería. En una primera fase se estudiaron las propiedades del mortero fresco y endurecido fabricado con FRCA y cinco niveles de sustitución volumétrica de arena natural y FRCA: 0%, 5%, 10%, 20% y 40%.Se utilizó un cemento puzolánico tipo CEM-IV y se evaluaron las propiedades a corto y largo plazo de morteros de baja resistencia (M5) En una segunda fase, se utilizó un cemento tipo CEM-II y se fabricaron morteros de mayor resistencia (M-10) utilizando FRMA. En esta etapa se llevaron a cabo sustituciones de arena natural por arena reciclada de 0%, 25%, 50%, 75% y 100%. El residuo fue evaluado medioambientalmente mediante el test de conformidad antes y después de ser ligado con cemento (lixiviación). Los resultados fueron completados con estudios de durabilidad. Con el objetivo de completar los estudios anteriores, se llevó a cabo una tercera fase, donde se sustituyó hasta un 100% de arena natural por FRCA, utilizando un cemento tipo CEM-II para fabricar un mortero tipo M-10, dosificado de manera similar al empleado en la segunda fase de este trabajo. Como conclusión general de esta tesis, se puede decir que pueden admitirse tasas de sustitución de hasta un 50% de arena natural por árido reciclado en morteros industriales de albañilería para usos de interior sin que sus propiedades puedan verse afectadas significativamente. Los resultados obtenidos contribuyen a reducir la extracción de arena natural de canteras y ríos, minimizar el consumo de energía y emisiones de CO2, mitigar el calentamiento global y evitar el depósito en vertedero de la fracción fina de RCD.