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.

Análisis comparativo de las reacciones de radicales perfluoralquilos con compuestos no saturados en fase gaseosa y en solución

El presente proyecto, en parte continuación de un proyecto anterior, tratará el estudio de reacciones de los compuestos no saturados con el radical CF3 y C2F5, en fase gaseosa como también en solución ya que sólo existe, en algunos casos, información de los productos fluorados. Recientemente se aportaron resultados referentes a reacciones del radical C2F5 con metilestireno en solución a partir de la detección del intermediario formado en la reacción (técnica de absorción resuelta en el tiempo) lo que permitió la determinación de las constantes de velocidades absolutas de adición. Objetivos generales y específicos: El objetivo general del presente proyecto consiste en el estudio sistemático de un conjunto de reacciones, a los fines de determinar los mecanismos de reacción que conducen a la formación de los productos, establecer los parámetros cinéticos, realizar la comparación de los mismos con los obtenidos de cálculos teóricos que permiten predecir las constantes de velocidad y además correlaciones con algunas propiedades moleculares determinadas experimentalmente como los potenciales de ionización, las energías de disociación de enlace, las afinidades electrónicas, etc. a los efectos de analizar los factores que gobiernan las reactividades de reacciones de radicales con compuestos orgánicos de interés en la química atmosférica y con fines de síntesis de nuevos compuestos. Específicamente se estudiarán las reacciones en fase gaseosa del radical CF3, generado por la descomposición multifotónica infrarroja, con cianuro de hidrógeno, como así también con tiofeno y pirrol a partir de la fotólisis estacionaria del CF3I. Se implementará el montaje de la técnica para la determinación de intermediarios en la reacción del radical C2F5 con cloropentafluorbenceno en solución a partir de la fotólisis pulsada por láser del perfluoretilperóxido como precursor.

Planta de producción de acrilonitrilo

El proyecto realizado, se basa en la producción de acrilonitrilo mediante el proceso Sohio. El proceso consiste en la amonoxidación catalítica del propileno, mediante un catalizador de óxidos de metales tales como vanadio y molibdeno. Junto al acrilonitrilo se obtienen como subproductos sulfato de amonio, cianuro de hidrógeno y acetonitrilo “bruto”. Éste último es utilizado como materia prima por otras industrias. Para lograr el objetivo del proyecto, se requiere de un reactor catalítico de tipo lecho fluidizado de grandes dimensiones y por ello, se opta por duplicarlo. También se requiere un cristalizador, para la obtención de la sal de amonio, y además un conjunto de 9 columnas de separación, de las cuales dos son de absorción, cinco de rectificación convencionales y dos de rectificación especiales. Estas dos últimas columnas, son necesarias para la ruptura de los azeótropos resultantes de la interacción acrilonitriloagua y acrilonitrilo-agua, respectivamente (se tiene en una de las dos columnas, una mezcla ternaria acrilonitrilo-acetonitrilo-agua). Debido a la naturaleza de los compuestos manipulados, es estrictamente necesario disponer de unas medias de seguridad especiales en toda la planta, así como en el parque de tanques. Además, hace falta destacar que el proceso, requiere un sistema de control de notable envergadura, (alrededor de 300 señales analógicas y digitales), debido a la complejidad del tren de purificación. En el proceso se intenta optimizar, tanto el consumo de recursos (reutilización del agua generada en el reactor para su uso como absorbente en las unidades de Quench y absorción), como el consumo energético (aprovechamiento de flujos calientes para precalentar otros fríos, generación de vapor en el reactor y a lo largo del proceso con corrientes que requieren de enfriamiento de caudales elevados a altas temperaturas, generación de electricidad con una turbina de cogeneración…). A pesar de esto, no se consiguen beneficios económicos, considerándolo así económicamente inviable. Este ha sido el resultado del estudio del flujo de caja de cada año que siempre ha resultado negativo debido a los elevados costes de producción. Finalmente, se proponen posibles mejoras para hacer viable el proceso. Algunas de estas son: cambiar la materia prima por otra de menor coste (propano en vez de propileno), cambiar el catalizador por uno de conversión mayor, minimizar los costes de tratamiento de residuos reduciendo así los gastos de nueva materia prima, u optimizar el proceso incrementado el precio del inmovilizado para disminuir el coste de producción.

El fin de la operación minera: implicaciones jurídicas desde lo ambiental y social

Algunos de los efectos ambientales y sociales que se pueden apreciar luego del cierre de una mina son la desaparición de acuíferos, la existencia de aguas superficiales contaminadas con sustancias químicas y la afectación a la salud de las personas que viven cerca de minas abandonadas. Esta investigación busca analizar los principales aspectos jurídicos relacionados con la terminación y cierre definitivo de la operación minera desde el punto de vista social y ambiental. Para ello, se presentan los principales efectos ambientales y sociales de ésta terminación; se mencionan los aspectos jurídicos más relevantes del contrato de concesión minera y de la licencia ambiental; se exponen las obligaciones jurídicas que están a cargo tanto del concesionario minero como de las autoridades competentes respecto del cierre de la mina y el papel que asumen los entes de control frente a la terminación y cierre de la mina. Así mismo, se hace un breve análisis de derecho comparado de la regulación en España y Estados Unidos sobre éste tema. Finalmente, se presentan los resultados de la revisión de los expedientes administrativos que fueron proporcionados por la Agencia Nacional de Minería, en los cuales se determina la aplicación y cumplimiento en la práctica de estas obligaciones jurídicas del concesionario minero al término del contrato. Con base a los resultados obtenidos, se puede concluir, en primer lugar, que las obligaciones a cargo de los concesionarios mineros no están claras por parte de la regulación minera y ambiental; en segundo lugar, que la regulación en cuanto al cierre de minas en España y Estados Unidos es más ordenada, completa y específica y; en tercer lugar, en relación con los expedientes analizados, se puede observar que los concesionarios y las autoridades competentes no están cumpliendo sus respectivas obligaciones.

Sintesi di molecole biologicamente attive con tecniche chemoenzimatiche:beta-lattami, profeni e alfa-amminoacidi non naturali

Il progetto di ricerca di questa tesi è stato focalizzato sulla sintesi di tre classi di molecole: β-lattami, Profeni e α-amminonitrili, utilizzando moderne tecniche di sintesi organica, metodologie ecosostenibili e strategie biocatalitiche. I profeni sono una categoria di antiinfiammatori molto diffusa e in particolare abbiamo sviluppato e ottimizzato una procedura in due step per ottenere (S)-Profeni da 2-arilpropanali raceme. Il primo step consiste in una bioriduzione delle aldeidi per dare i relativi (S)-2-Aril Propanoli tramite un processo DKR mediato dall’enzima Horse Liver Alcohol Dehydrogenase. Il secondo, l’ossidazione a (S)-Profeni, è promossa da NaClO2 e TEMPO come catalizzatore. Con lo scopo di migliorare il processo, in collaborazione con il gruppo di ricerca di Francesca Paradisi all’University College Dublino abbiamo immobilizzato l’enzima HLADH, ottenendo buone rese e una migliore enantioselettività. Abbiamo inoltre proposto un interessante approccio enzimatico per l’ossidazione degli (S)-2-Aril Propanoli utilizzando una laccasi da Trametes Versicolor. L’anello β-lattamico è un eterociclo molto importante, noto per essere un interessante farmacoforo. Abbiamo sintetizzato nuovi N-metiltio beta-lattami, che hanno mostrato un’attività antibatterica molto interessante contro ceppi resistenti di Staphilococcus Aureus prelevati da pazienti affetti da fibrosis cistica. Abbiamo poi coniugato gruppi polifenolici a questi nuovi β-lattami ottenendo molecule antiossidanti e antibatteriche, cioè con attività duale. Abbiamo poi sintetizzato un nuovo ibrido retinoide-betalattame che ha indotto differenziazione si cellule di neuroblastoma. Abbiamo poi sfruttato la reazione di aperture dell’anello monobattamico tramite enzimi idrolitici, con lo scopo di ottenere β-amminoacidi chirali desimmetrizzati come il monoestere dell’acido β–amminoglutammico. Per quando riguarda gli α-amminonitrili, è stato sviluppato un protocollo di Strecker. Le reazioni sono state molto efficienti utilizzando come fonte di cianuro l’acetone cianidrina in acqua, utilizzando differenti aldeidi e chetoni, ammine primarie e secondarie. Per mettere a punto una versione asimmetrica del protocollo, abbiamo usato ammine chirali con lo scopo di ottenere nuovi α-amminonitrili chirali.

Tratamiento químico y biológico de efluentes mineros cianurados a escala laboratorio

El cianuro es el compuesto químico empleado por excelencia para la lixiviación de oro en la industria minera. Sin embargo, es altamente tóxico para los organismos que se desarrollan alrededor de las industrias mineras, y para el medio ambiente. Con el fin de reducir los niveles de cianuro libre en efluentes provenientes de la minería, el trabajo se enfocó en determinar las condiciones óptimas para la degradación de cianuro empleando compuestos químicos y un consorcio microbiano. Los ensayos químicos y biológicos se realizaron por separado, utilizando muestras de efluentes provenientes de la minería a diferentes concentraciones de cianuro (280 y 10 mg/l CN-). Para la degradación química se utilizó tres oxidantes diferentes: hipoclorito de sodio, peróxido de hidrógeno y ácido de caro en diferentes concentraciones, pH (10-11) y tiempos de degradación (4,71 y 20,75 h). Para los ensayos de biodegradación se empleó un consorcio microbiano en matraces que contenían el efluente cianurado y medio líquido a pH (11), agitación (200 rpm) y temperatura (20±5°C). Se midió la concentración de cianuro libre, pH y la concentración de biomasa. Los resultados del tratamiento químico mostraron que el mejor compuesto oxidante fue el peróxido de hidrógeno (8:1 gH2O2/gCN-) a pH (10), obteniendo un 92,7% remoción de cianuro libre en 45 minutos (280 mg/l CN-) y un 91,0% de remoción en 25 minutos (10 mg/l CN-). Mientras que en la degradación biológica en matraces la remoción fue del 73,7% (280 mg/l CN-) en 384 h y de 78,6% (10 mg/l CN-) en 240 h.