Exposición de Scenedesmus dimorphus a Cr (VI): selección de cepas tolerantes, mecanismos de resistencia y remoción del metal

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dc.contributor.advisorBeligni, María Verónicaen_US
dc.contributor.advisorBagnato, Carolinaen_US
dc.contributor.advisorPérez, Gonzalo Luisen_US
dc.contributor.authorToranzo, Regina Maríaen_US
dc.date.accessioned2021-08-11T21:14:29Z
dc.date.issued2021-05-26
dc.description.abstractLa presencia en el medio ambiente de metales como el cromo, el níquel y el cadmio ha ido en aumento desde la revolución industrial debido a su uso en procesos industriales. La contaminación por metales proviene, entre otras fuentes, de los procesos industriales, tales como la minería, la metalurgia, la producción de baterías, pinturas y plásticos, entre otros. La inadecuada disposición de los desechos de distintas industrias en sus procesos de producción ha provocado el enriquecimiento de metales en el ambiente. A la toxicidad de ciertos metales se suma el hecho de que no son biodegradables, pero si bioacumulables (acumulación del metal en los organismos) y biomagnificables (aumento de la concentración a medida que se avanza en la cadena trófica). Dentro de estos metales se encuentra el cromo que produce numerosas alteraciones en la fisiología de los organismos por lo cual es importante implementar tratamientos que lo remuevan de los efluentes previos a su disposición final. En las últimas décadas se han comenzado a utilizar organismos para el tratamiento de efluentes, proceso denominado biorremediación. La biorremediación, en parte, es consecuencia de la tolerancia de los organismos a los contaminantes y al desarrollo de mecanismos de detoxificación que implican entre otras cosas la degradación y/o remoción de los mismos. Las microalgas son organismos unicelulares que se encuentran en ambientes de agua dulce y salada. Distintas especies de algas pueden vivir en ambientes contaminados con metales dado que presentan diversos mecanismos para reducir los efectos adversos. El desarrollo de una tecnología de remediación por microalgas requiere del conocimiento de la toxicidad específica de los metales y de la comprensión de los mecanismos de tolerancia y/o resistencia. Con este objetivo, en este trabajo se generó una cepa de Scenedesmus dimorphus resistente a Cr (VI) (cepa CRS: Chromium Resistant Strain, según sus siglas en inglés) que fue caracterizada en su capacidad de resistir la exposición al metal de manera comparada con la cepa control (WT: Wild Type). Los resultados de este trabajo mostraron que ante la presencia del metal se producen en ambas cepas (WT y CRS) cambios drásticos en la morfología y en la formación de los cenobios. Asimismo, la tasa de crecimiento (μ) de CRS no se ve afectada cuando la cepa es expuesta al metal, mientras que la μ de la cepa WT se reduce a la mitad. Por otro lado, ante la presencia del Cr (VI), se observa que en ambas cepas hay una disminución en la concentración de clorofila a y b. Por el contrario, cuando las dos cepas son expuestas a Cr (VI), se evidencia un incremento en la producción de pigmentos accesorios (carotenoides, compuestos antioxidantes), que mostró ser mayor en CRS. Además, el metal induce la acumulación de triglicéridos y especies reactivas del oxígeno (ROS) en la cepa WT en una cantidad significativamente mayor que en la cepa CRS. Asimismo, se demostró que ambas cepas excluyeron por igual al Cr (VI) del interior celular. De esta manera se encontró que la resistencia no contribuyó a mejorar la biorremediación de metal ya que ambas cepas evitan de forma equivalente la absorción/adsorción del Cr (VI). En el caso de la cepa CRS, se comprobó que, además de la exclusión del Cr (VI), la cepa secreta compuestos que disminuyen la toxicidad del metal. Por último, se realizaron estudios de remoción que confirmaron que una alta densidad celular y pHs bajos son las condiciones ideales para la remoción de Cr (VI). Sin embargo, en estas condiciones experimentales tampoco se encontraron diferencias en las eficiencias de remoción entre las cepas WT y CRS. De lo observado podemos concluir que la cepa CRS muestra resistencia al Cr (VI) respecto de la cepa WT, dado que su proliferación no se ve modificada frente al metal. Además, se comprobó que la cepa CRS evitaría el estrés oxidativo generado por el metal mediante la liberación de exudados que actúan en simultáneo con la exclusión del Cr (VI). Asimismo, se demostró que ante la presencia del metal hay aumento en la síntesis de carotenoides que ayudaría a mitigar los efectos tóxicos del Cr (VI). Finalmente, la exclusión del metal va en detrimento de la remoción del Cr (VI) ya que, aunque la resistencia mejora la performance de la cepa CRS, esto no se ve reflejado en su capacidad de remoción de Cr (VI).en_US
dc.description.abstractSince the industrial revolution, the presence in the environment of metals such as chromium, nickel and cadmium has been increasing due to their industrial applications. Metal pollution originates, among other sources, from industrial processes that include mining, metallurgy and production of batteries, paints and plastics. Inadequate waste disposal during industrial production is the main cause of metal enrichment in the environment. In addition to their toxicity, metals are not biodegradable and are bioaccumulable (they accumulate in living organisms) and biomagnifiable (their concentration increases within the food chain). Chromium is a metal that produces many alterations in the physiology of living organisms, hence, its removal prior to effluent disposal is fundamental. In the last few decades, the use of living organisms for wastewater treatment has become frequent, a process named bioremediation. Bioremediation is, in part, a natural consequence of the tolerance of organisms to pollutants and their detoxification response, which includes contaminant degradation and/or removal. Microalgae are unicellular organisms found in both freshwater and marine environments. Many species can live in metal-polluted environments, since they have diverse mechanisms to reduce their harmful effects. The development of a bioremediation technology using microalgae requires knowing the specific toxicity of metals and the tolerance or resistance mechanisms of algae. With this goal in mind, in this work, a strain of Scenedesmus dimorphus resistant to Cr (VI) (CRS strain: Chromium Resistant Strain) was generated and characterized in its ability to resist the metal, in comparison with a control strain (WT: Wild Type). The results of this work showed that, when exposed to the metal, changes in cell morfology and coenobia formation occur in both strains, being considerably more drastic in the WT strain. The growth rate (μ) of the CRS strain remains unmodified when cells are exposed to the metal, whereas it is reduced to half in the WT strain. When exposed to Cr (VI), both strains undergo a reduction in the content of chlorophylls a and b and a relative increase in accessory pigments (carotenoids, with antioxidant function), being this increase more evident in the CRS strain. Chromium (VI) also triggers ROS formation and lipid accumulation in the WT strain, whereas these parameters are not modified in CRS cells. Despite the resistance to Cr (VI) of CRS cells, both strains exclude the metal from the cell interior to the same extent. As a consequence, CRS resistance does not contribute to bioremediating the metal, since both strains avoid Cr (VI) absorption/adsorption to the cell similarly. In the case of CRS, in addition to metal exclusion, the cells secrete compounds that reduce the toxicity of the metal. Lastly, metal removal experiments demonstrated that, at a high cell density and low pH, Cr (VI) is removed from the media considerably and equivalently in both strains, using the biomass as a biosorbent. Altogether, we conclude that the CRS strain has resistance to Cr (VI) in comparison with the WT strain, given that its proliferation is not affected when exposed to the metal. In addition, CRS cells avoid oxidative stress caused by the metal by releasing compounds that reduce metal toxicity, in conjunction with the natural ability of the cells to exclude Cr (VI). In addition, exposure to the metal triggers an accessory pigment response in the form of carotenoid increase that could help mitigate the deleterious effects of Cr (VI). Finally, metal exclusion offsets metal bioremediation. In this scenario, despite the fact that resistance improves strain performance, this is not reflected in increased metal removal from the media.en_US
dc.description.institutionalaffiliationFil: Toranzo, Regina María. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Energía y Desarrollo Sustentable; Argentina.en_US
dc.description.institutionalaffiliationFil: Bagnato, Carolina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Energía y Desarrollo Sustentable; Argentina.en_US
dc.format.extent193 p.en_US
dc.identifier.urihttps://nuclea.cnea.gob.ar/handle/20.500.12553/1274
dc.language.ISO639-3spaen_US
dc.rights.licensehttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/en_US
dc.subject.inisBIOREMEDIACIÓNen_US
dc.subject.keywordBIORREMEDIACIÓN DE METALESen_US
dc.subject.keywordALGASen_US
dc.subject.keywordEXCLUSIÓN DE METALESen_US
dc.subject.keywordCROMOSen_US
dc.subject.keywordEXUDADOSen_US
dc.subject.keywordPIGMENTOS ACCESORIOSen_US
dc.titleExposición de Scenedesmus dimorphus a Cr (VI): selección de cepas tolerantes, mecanismos de resistencia y remoción del metalen_US
dc.typeTESIS DE DOCTORADOen_US
dc.type.versionVersión aceptadaen_US
thesis.degree.grantorUniversidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universitario Barilocheen_US
thesis.degree.nameDoctorado en Biologíaen_US
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