Fisiología de Bacillus sphaericus y su interacción con Methanosarcina mazei en la degradación de acetamida Public Deposited
La acetamida es un compuesto tóxico muy utilizado en la industria de lacas, cosméticos, textiles y farmacéutica. Es utilizada en diversas aplicaciones como estabilizador de peróxidos y como desechos de varios procesos químicos. Es un producto formado de la degradación biológica del acetonitrilo. Estudios previos han demostrado que la metanogénesis a partir de la acetamida en lodos anaerobios se lleva a cabo en dos etapas: la acetamida es hidrolizada a acetato y amonio por una bacteria aerobia estricta del género Bacil/us y el acetato formado es utilizado por Bacil/us como fuente de carbono o convertido a metano por bacterias metanógenas. El objetivo de este trabajo fue estudiar taxonómica, fisiológica y metabólicamente una cepa de B. sphaericus aislada de lodos de un reactor UASB y su participación conjunta con una bacteria metanógena (Methanosarcina maze1) en la degradación de acetamida hasta metano en presencia de oxígeno. Para todos los estudios realizados se usó el medio de cultivo de Balch, con acetamida como fuente de carbono, extracto de levadura y peptona de caseína. El estudio fisiológico, taxonómico y metabólico de la cepa de B. sphaericus confirman que se trata de una bacteria aerobia estricta, capaz de crecer en bicultivo con bacterias metanógenas debido a que presenta condiciones fisiológicas de cultivo muy similares a estas bacterias, excepto por su necesidad de oxígeno. Se llevó a cabo también una cinética de degradación de acetamida por B. sphaericus en un reactor continuo con acumulación de biomasa. El oxígeno se mantuvo disuelto en la alimentación a razón de 6.4 mg/L, con el fin de mantener las condiciones de los reactores anaerobios. Para la determinación de los parámetros cinéticos (Y, µmax y K) se siguió un modelo de reacciones en serie (acetamida acetato biomasa). Los resultados muestran que B. sphaericus puede hidrolizar acetamida en una reacción de orden 1 % global, con un valor de la constante de reacción k1 = 0.103 (Ug)°-5·h-1. Los parámetros de crecimiento con acetato como fuente de carbono, bajo estas condiciones, fueron µmax = 0.1d-1, Ks = 37 mg/L, Y= 0.484 gceilgAc- Posteriormente se estudió un bicultivo de B. sphaericus y Methanosarcina en reactores intermitentes. Los resultados muestran que la acetamida es hidrolizada a las 24 horas, mientras que la producción de metano presenta una fase de retardo de 3 o más días, sugiriendo un efecto tóxico del oxígeno en Methanosarcina. En el reactor en continuo con oxígeno el bicultivo presenta una hidrólisis de la acetamida del 40% y una remoción del 13 al 30%. La producción de metano no fue significativa, sugiriendo que el acetato fue consumido rápidamente por B. sphaericus, quedando muy poco acetato para la metanogénesis.
Acetamide is a widely used toxic chemical compound in lacquers, cosmetics, explosive, textile and pharmaceutical industries. Miscellaneous applications include its use as a stabilizer in peroxides and as raw material in organic synthesis. lt is a product of the biological degradation of acetonitrile. A previous study, showed that the methanogenesis of acetamide occurs through a two-step reaction in methanogenic sludges. Acetamide is hydrolyzed to acetate and ammonia by strict aerobic bacterium of genus Bacillus and then acetate is used by Bacil/us as carbon source or converted to methane by methanogens. Recently sorne work has focused on the possibility of strict or facultative aerobes and strict anaerobes co-existing in an unique environment. The objective of this work was to study taxonomically, physiologically and metabolically B. sphaericus isolated of a UASB reactor sludge and its combined participation with a methanogenic bacteria (Methanosarcina mazet) in the acetamide degradation until methane in presence of oxygen. AII the studies were carried out in mineral medium added with acetamide as carbon source and with yeast extract and casein peptone. The physiologic, taxonomic and metabolic studies of B. sphaericus confirm that is a strict aerobic bacteria, able to grow in coculture with methanogens, due to the very similar cultivation physiological conditions of cultivation both require, except for their oxygen necessity. lt was also carried out the kinetics of acetamide degradation by B. sphaericus in a continuous reactor with biomass accumulation. The oxygen supplied was dissolved in the feed (6.4 mg/L) to resemble the conditions of an anaerobic wastewater treatment reactor. A reaction in series model (acetamida acetate biomass) was used to find the kinetics parameters (Y, µmax and Ks). Results show that B. sphaericus can hydrolyze acetamide in 1.5 order reaction with k1 = 0.103 (g/L)°·5·h-1. The growth parameters found on acetate as carbon source, were: µmax = 0.1 d-1, Ks = 37 mg/L, Y= 0.484 9ce1/QAc- The coculture of B. sphaericus and Methanosarcina was carried out in batch reactors. The acetamide was hydrolyzed in 24 h, while methane production lagged for 3 or more days, suggesting a toxic effect of oxygen on Methanosarcina. In the continuous reactor with oxygen available this coculture mineralized 40% of acetamide with 13 to 30% COD removal. Methane production was negligible suggesting that the acetate was consumed quickly by B. sphaericus, remaining only low acetate concentrations for Methanosarcina mazei.
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