Estudio cinético de la enzima ácido cianúrico amidohidrolasa de los integrantes de un consorcio microbiano que degrada ácido cianúrico

Abstract

ABSTRACT: A bacterial community able to degrade cyanuric acid, whose identified constituents were Agrobacterium tumefaciens GPA and Acinetobacter sp. GPC enriched with Serratia marcescens nima, wase used to carry out kinetic studies about the intracellular accumulation of the enzyme cyanuric acido amidohyrdrolase, and cyanuric acid removal in batch cultures. From these strains, Serratia marcescens nima showed the highest enzyme levels, and cyanuric acid removal efficiencies (ηCA). In addition, the genes involved in atazine biodegradation atzBC were detected in a S. marcescens nima plasmid, and the genes atzABC were detected in its total DNA. Using the bacterial community inmobilized in a packed bed biofilm reactor (PBR), values of ηCA, higher than 90% were obtained when the reactor was fed with mineral salts medium containing cyanuric acid plus glucose (50 and 125 mg L-1 each). Along PBR’s continuous operation, two previously undetected bacteria, identified as Burkholderia sp. and Ralstonia sp., were selected. These bacteria, together with Serratia marcescens nima predominated over Agrobacterium tumefaciens GPA y Acinetobacter sp GPC. Genes atzB and atzC were identified in total DNA of Ralstonia sp. and gene atzB was detected in total DNA of Burkholderia sp. However, the gene which encodes the enzyme cyanuric acid amidohydrolase was not detected in any of the consortium members, possibly for being different from those previously reported. From each one of the bacterial community members, the cyanuric acid amidohydrolase was characterized by determining its optimum pH and temperature, the effect of substrate concentration on enzyme activity, as well as its stability. In general the optimum pH ranged between 7.94 and 8.72, and optimum temperature ranged between 40oC and 55oC. The highest affinity for substrate was showed by the enzyme of Burkholderia sp. and the lowest by the enzyme of Agrobacterium tumefaciens GPA.

RESUMEN: Se realizaron estudios cinéticos de remoción de ácido cianúrico y de la acumulación intracelular de la enzima ácido cianúrico amidohidrolasa, en cultivos por lote de bacterias integrantes de una comunidad previamente aislada, que degrada ácido cianúrico: Agrobacterium tumefaciens GPA y Acinetobacter sp GPC, así como de la cepa Serratia marcescens nima. De estas tres cepas, Serratia marcescens nima presentó los mayores niveles de la enzima y la mayor eficiencia de remoción del ácido cianúrico; también fueron detectados, en el DNA total de esta cepa, los genes involucrados en la degradación de herbicidas triazínicos atzABC y los genes atzB y atzC en su DNA plasmídico. La comunidad original, de la que formaban parte Agrobacterium tumefaciens GPA, Acinetobacter sp GPC enriquecida con Serratia marcescens nima fue cultivada en un reactor de biopelícula, logrando una eficiencia de remoción de ácido cianúrico superior al 90% cuando se alimentó un medio con 50 ppm de ácido cianúrico, complementado con 125 ppm de glucosa como fuente adicional de carbono y energía. Durante la operación del reactor en régimen continuo, se seleccionaron dos bacterias no detectadas previamente, que fueron identificadas como Ralstonia sp y Burkholderia sp, además de que estas junto con Serratia marcescens nima, predominaron sobre Agrobacterium tumefaciens GPA y Acinetobacter sp GPC. En estas cepas se detectó el gen atzB en el DNA total de Burkholderia sp y los genes atzB y atzC en el DNA total de Ralstonia sp; sin embargo, no pudo detectarse en ninguna de las integrantes del consorcio al gen que codifica para la enzima ácido cianúrico amidohidrolasa, probablemente por ser diferente a los reportados previamente. Se caracterizó la enzima ácido cianúrico amidohidrolasa, de cada una de las integrantes del consorcio seleccionado en el reactor de biopelícula, determinando su pH y temperatura óptimos, el efecto de la concentración de sustrato y de enzima, así como su estabilidad. En términos generales el pH óptimo osciló entre 7.94 y 8.72 y la temperatura óptima entre 40oC y 55oC. La mayor afinidad por el sustrato la presenta la enzima de Burkholderia sp. y la de menor afinidad la de Agrobacterium tumefaciens GPA.