Caracterización, secuenciación y análisis del genoma de una cepa de Stenotrophomonas sp. Aislada de México con capacidad para decolorar eficientemente los colorantes AZO

Abstract

RESUMEN: Existen estudios sobre la degradación de colorantes textiles de tipo azo por métodos biológicos, donde las bacterias han sido las más estudiadas. Sin embargo, poco se sabe sobre las bacterias del género Stenotrophomonas y su capacidad en la biodegradación de colorantes textiles. En este trabajo, se aislaron las cepas de Stenotrophomonas sp. TepeL y TepeS de una descarga de agua de una planta textil en Tlaxcala, México. Se realizaron pruebas de biodecoloración de cinco diferentes colorantes textiles de tipo azo. Los resultados obtenidos en este estudio muestran la capacidad de las cepas Stenotrophomonas sp. TepeL y TepeS para degradar el Naranja de Metilo (NM), Rojo Ácido 27 (RA27), Amarillo Ácido 17 (AA17), Verde Reactivo19 (VR19) y Negro Reactivo 5 (NR5) a concentraciones de 50 mg/l, 100 mg/l, 150 mg/l, 250 mg/l y 1 g/l a temperaturas de 30 y 37 °C durante 120 h. La eficiencia de decoloración de estas bacterias es generalmente similar y la mejor concentración de decoloración está entre 125 mg/l y 250 mg/l, esta eficiencia disminuye a medida que aumenta la concentración. La cepa Stenotrophomonas sp. TepeL degradó más del 90% de los colorantes NM y VR19 a 30 y 37 °C, mientras que la cepa Stenotrophomonas sp. TepeS degradó más del 90% para NM y RA27 a 30 °C y NM a 37 °C. Ambas cepas tienen una mejor eficiencia para la biodegradación de los colorantes azoicos en comparación con Klebseilla penumoniae ATCC 13883. Posteriormente, se realizó un ensayo enzimático con lacasa, tirosinasa y azoreductasa. La azoreductasa mostró actividad enzimática estadísticamente significativa (p < 0.05) en comparación con la tirosinasa y lacasa. Los metabolitos formados por Stenotrophomonas sp. TepeL y TepeS en el NM y RA27 se confirmaron por FTIR y UPLC-MS. Los metabolitos identificados fueron el N,N-Dimetill-p-fenilendiamina en el NM; 4-amino-1-naftalenosulfonato sódico y cumarina para el RA27, para ambas cepas a las 24 h. Los resultados muestran que, la cepa Stenotrophomonas sp. TepeL es más eficiente que Stenotrophomonas sp. TepeS en biodegradación. Se secuenció el genoma completo de Stenotrophomonas sp. TepeL. El genoma fue ensamblado (5 contigs), anotado y analizado. El genoma tiene 4,311,885 pb con 64.1% de GC. Se predijeron 3,814 secuencias codificantes, 3 de ARNr, 66 de ARNt y 1 ARNmt. Se identificó el gen azoR1, que codifica para la proteína FMN dependiente de NADH azoreductasa 1 que es la proteína presuntamente responsable de la biodegradación de los compuestos azoicos. Por medio del análisis de las islas genómicas se concluye que este gen fue adquirido por transferencia horizontal. ABSTRACT: There were some reports on the degradation of azo-like textile dyes by biological methods, in which bacteria were more studied. However, little was known about the bacteria of the genus Stenotrophomonas with their capacity in the biodegradation of textile dyes. In this work, Stenotrophomonas spp. strains TepeL and TepeS were isolated from a water discharge from a textile plant in Tlaxcala, Mexico. Biodecoloration tests were performed with 5 different azo-type textile dyes. The results showed the different capacity of the strains Stenotrophomonas spp. TepeL and TepeS to degrade Methyl Orange (NM), Red Acid 27 (RA27), Yellow Acid 17 (AA17), Green Reagent 19 (VR19) and Black Reagent 5 (RN5) at concentrations of 50 mg/l, 100 mg/l, 150 mg/l, 250 mg/l and 1 g/l under the temperatures of 30 and 37 ° C for 120 h. The decoloration efficiency of these bacteria is generally the similar and the best when the concentration of dyes are between 125 mg/l and 250 mg/l while this efficiency will decrease as the concentration increases. The strain TepeL degraded more than 90% of the dyes NM y VR19 at 30 and 37 °C while the strain TepeS degraded > 90% for NM and RA27 at 30 °C and NM at 37 °C. All of them are better efficiency for degradation azo dyes than Klebseilla pneumoniae ATCC 13883. Subsequently, an enzymatic assay was carried out with lacasse, tyrosinase and azoreductase. The azoreductase showed statistically significant enzymatic activity (p < 0.05), laccase and tyrosinase, did not show the activity. The metabolites formed by TepeL and TepeS in the NM and RA27 were confirmed by FTIR and UPLC. The metabolites identified were N,N-Dimethyl-p-phenylenediamine in NM; Sodium 4-amino-1- naphthalenesulfonate and coumarin for RA27, for both strains at 24h. Then, the strain TepeL is more efficient than TepeS in discoloration. The TepeL strain was selected for sequencing. The genome was assembled (5 contigos), annotated and analyzed. The genome is 4,311,885bp with 64.1% GC. The 3814 coding sequences, 3 of ribosomal RNAs, 66 of transfer RNA and one tRNAs werepredicted. The azoR1 gene was determined, which codes for the FMN protein dependent on NADH azoreductase 1 and is responsible for the degradation of the azo compounds. By means of analysis of the genomic islands, it could be concluded that this gene was acquired by horizontal transfer during the process of evolution.