Efecto de cadmio sobre la biodegradación de hidrocarburos aromáticos policíclicos por consorcios bacterianos antárticos en suelos contaminados por diésel y cadmio

Abstract

El continente Antártico, considerado el ultimo continente prístino y libre de impacto antropológico debido a su aislamiento geográfico y climático, ha enfrentado un aumento significativo en actividades humanas desde el siglo XX. Estas actividades incluyen turismo y expediciones científicas, las que requieren el uso de combustibles como el diésel, que generan contaminación por hidrocarburos y metales pesados. Esta co-contaminación por diésel y metales pesados es especialmente problemática, donde debido a los constantes eventos de derrames de combustibles y bajas temperaturas, se acumulan en los suelos alcanzando concentraciones nocivas para la microbiota de los suelos. Se ha observado in-vitro que estas condiciones de co-contaminación inhiben la capacidad de bacterias degradadoras de hidrocarburos de biodegradar los contaminantes presentes en los suelos como los hidrocarburos aromáticos policíclicos. Para abordar esta problemática de la co-contaminación por hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) y cadmio en suelos antárticos proponemos mediante el uso de consorcios antárticos bacterianos tolerantes a metales pesados, evaluar ex situ su potencial como agentes biorremediadores de suelos co-contaminados por diésel y metales pesados. Asi proponemos la siguiente hipótesis “Consorcios bacterianos Antárticos tolerantes a cadmio degradan una mayor cantidad de hidrocarburos aromáticos policíclicos en suelos contaminados por diésel”. Se analizaron consorcios bacterianos tolerantes y no tolerantes a metales pesados, evaluando su capacidad para degradar HAPs en presencia de cadmio, tanto in vitro como en suelos contaminados. Los resultados demostraron que los consorcios tolerantes a metales pesados presentan un mayor rendimiento en la biodegradación de HAPs, incluso en condiciones de co-contaminación. Particularmente, el consorcio P2C28, aislado de suelos cercanos a la base antártica Prat contaminados con diésel y cadmio, mostró una notable capacidad para degradar HAPs, incluso de 5 y 6 anillos, lo que representa un hallazgo significativo en el campo de la biorremediación. La presencia de cadmio en los suelos, lejos de ser únicamente un factor limitante, aumento la capacidad de biodegradación de los consorcios. Lo que si resulto tener un efecto negativo sobre la biodegradación de HAPs en los suelos contaminados fue el antagonismo del género Phenylobacterium, que impacta la eficacia de biodegradación de los consorcios. En suelos co-contaminados, tanto los consorcios tolerantes como no tolerantes lograron degradar más del 80 % de los HAPs totales. Sin embargo, los consorcios tolerantes a metales pesados demostraron un rendimiento superior, validando la hipótesis de que su tolerancia mejora su desempeño en estas condiciones de co-contaminación. En conclusión, los consorcios bacterianos P2C28 y R1D28 destacan como candidatos prometedores para la biorremediación de suelos antárticos contaminados con hidrocarburos y metales pesados. Este trabajo aporta información sobre la interacción entre metales pesados y HAPs en el contexto de suelos co-contaminados, además de proponer a dos agentes de biorremediación para mitigar la contaminación en uno de los ecosistemas más frágiles del planeta.

The Antarctic continent, considered the last pristine continent and free from anthropogenic impact due to its geographical and climatic isolation, has experienced a significant increase in human activities since the 20th century. These activities include tourism and scientific expeditions, which require the use of fuels such as diesel, leading to contamination by hydrocarbons and heavy metals. This co-contamination by diesel and heavy metals is particularly problematic as, due to constant fuel spill events and low temperatures, these pollutants accumulate in the soils, reaching harmful concentrations for the soil microbiota. It has been observed in vitro that these co-contamination conditions inhibit the ability of hydrocarbon-degrading bacteria to biodegrade contaminants present in soils, such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). To address this issue of co-contamination by PAHs and cadmium in Antarctic soils, we propose to evaluate the potential of Antarctic bacterial consortia tolerant to heavy metals as ex-situ bioremediation agents for soils co-contaminated by diesel and heavy metals. The following hypothesis is proposed: "Antarctic bacterial consortia tolerant to cadmium degrade a higher amount of polycyclic aromatic hydrocarbons in diesel-contaminated soils." Tolerant and non-tolerant bacterial consortia to heavy metals were analyzed, evaluating their capacity to degrade PAHs in the presence of cadmium, both in vitro and in contaminated soils. The results demonstrated that heavy metal-tolerant consortia exhibit higher performance in PAH biodegradation, even under co-contamination conditions. Notably, the P2C28 consortium, isolated from soils near the Antarctic Prat Base contaminated with diesel and cadmium, showed remarkable capacity to degrade PAHs, including those with 5 and 6 rings, representing a significant finding in the field of bioremediation. The presence of cadmium in the soils, far from being solely a limiting factor, increased the biodegradation capacity of the consortia. However, the antagonistic effect of the Phenylobacterium genus negatively impacted the consortia's biodegradation efficiency in contaminated soils. In co-contaminated soils, both tolerant and non-tolerant consortia managed to degrade over 80% of the total PAHs. However, the heavy metal-tolerant consortia demonstrated superior performance, validating the hypothesis that their tolerance enhances their effectiveness under these co-contamination conditions. In conclusion, the bacterial consortia P2C28 and R1D28 stand out as promising candidates for the bioremediation of Antarctic soils contaminated with hydrocarbons and heavy metals. This study provides valuable insights into the interaction between heavy metals and PAHs in the context of co-contaminated soils, while also proposing two bioremediation agents to mitigate contamination in one of the planet's most fragile ecosystems.