Aplicación de una nueva lacasa recombinante proveniente de Bacillus sp. FNT en la biodegradación de tres familias de antibióticos

Abstract

En ríos, lagos y océanos se ha detectado la presencia de diversas moléculas conocidas como “contaminantes de preocupación emergente”, las cuales provienen principalmente de la ganadería, acuicultura y del uso hospitalario y domiciliario de productos farmacéuticos. Esta nueva condición ambiental, se ha observado en muchos países alrededor del mundo incluyendo Chile, en donde la presencia de varios fármacos entre ellos antibióticos, se han detectado en diferentes cuerpos de agua incluso en las aguas del río Mapocho. A nivel mundial, la utilización de antibióticos se ha incrementado anualmente y con ello el efecto nocivo de estos fármacos en el ambiente. Durante los últimos años distintos métodos de biorremediación han sido desarrollados incluyendo entre ellos el uso de enzimas como las lacasas. En Fundación Biociencia se ha caracterizado desde Bacillus sp. FNT una nueva lacasa termoalcalófila con gran potencial para ser aplicada en biorremediación. Por ello, se propuso evaluar la capacidad de esta nueva lacasa en la biodegradación de tres familias de antibióticos: tetraciclinas, β-lactámicos y quinolonas, frente a distintos mediadores químicos. En el presente trabajo, se evaluó la capacidad de biodegradación de esta nueva lacasa, mediante ensayos de ecotoxicidad en tres familias de antibióticos: tetraciclinas, β-lactámicos y quinolonas, a distintos pH, tiempos de exposición y temperaturas, utilizando como mediadores redox, acetosiringona (AS), 1-hidroxibenzotriazol (HBT) y 2,2'-Azinobis-3-etil-benzo-tiazolina-6-ácido sulfónico (ABTS). Mediante el uso de cromatografía líquida de fase reversa de alta presión (HPLC), se determinó la mejor condición de degradación de los antibióticos en estudio. Finalmente, se evaluó la disminución de la ecotoxicidad mediante ensayos de biodegradación en presencia de Escherichia coli y Bacillus subtilis luego de 24 h de incubación a 20°C. Los resultados indicaron que a pH 6 y 7 se observó la degradación principalmente de las tetraciclinas (TCs) en presencia de AS y ABTS. El análisis mediante HPLC indicó que esta lacasa es capaz de degradar en un 80% TC en 2 h y más de un 40% oxitetraciclina (OTC) en 24 h de incubación con AS. Por otra parte, ciprofloxacino (CIP) fue degradado en un 44% en ausencia de mediador redox. Los ensayos de ecotoxicidad demostraron que la lacasa FNT fue capaz de eliminar la toxicidad de TC tanto en cultivos de E. coli y B. subtilis, luego de 24h de incubación a 20°C. Esta Memoria de Título demuestra la capacidad de la lacasa FNT de biodegradar y de eliminar la toxicidad de ciertas clases de antibióticos en concentraciones superiores a la concentración ambiental reportada.

In rivers, lakes, and oceans the presence of various molecules known as “pollutants of emerging concern” has been detected. These compounds mainly come from livestock, aquaculture, and from the hospital and municipal use of pharmaceutical products. This environmental condition has been observed in many countries around the world, including Chile, where the presence of various drugs including antibiotics, has been detected in different water bodies, including the waters of Mapocho River. Worldwide, the use of antibiotics increases annually and with it the harmful effect of them on the environment. Different bioremediation methods have been implemented to deal with this problem, such as the use of enzymes such as laccases. In Fundación Biociencia it has been characterized from Bacillus sp. FNT a new thermoalkalophilic laccase with great potential to be applied in bioremediation. In the present work, the biodegradation capacity of this new laccase was evaluated through ecotoxicity tests in three families of antibiotics: tetracyclines, β-lactams and quinolones, at different pH, exposure times and temperatures, using acetosyringone (AS), 1-hydroxybenzotriazole (HBT) and 2,2'-Azinobis-3-ethyl-benzo-thiazoline-6-sulfonic acid (ABTS) as redox mediators. Through the use of reverse phase liquid chromatography (HPLC), the best degradation condition for the antibiotics under study was determined. Finally, the decrease in ecotoxicity was evaluated by biodegradation tests in the presence of Escherichia coli and Bacillus subtilis. The results obtained indicate that at pH 6 and 7 the degradation was observed mainly in tetracyclines (TCs) in the presence of AS and ABTS. HPLC analysis indicated that this laccase is capable of degrading 80% TC in 2 h, and more than 40% of oxytetracycline (OTC) in 24 h of incubation with AS. On the other hand, ciprofloxacin (CIP) was degraded by 44% in the absence of a chemical mediator. Ecotoxicity assays demonstrated that FNT laccase was able to eliminate TC toxicity in both E. coli and B. subtilis cultures, after 24 h of incubation at 20°C. This study is the first report on the ability of FNT laccase to biodegrade the toxicity of antibiotics at concentrations higher than those presently reported existing in the environment.