Polyhydroxyalkanoate biosynthesis by oxalotrophic bacteria from high Andean soil / Biosíntesis de polihidrxialcanoato por bacterias oxalotróficas de suelos altoandinos / Biossínteses de polihidroxialcanoato por bactérias oxalotróficas de solos andinos

Abstract Oxalate is a highly oxidized organic acid anion used as a carbon and energy source by oxalotrophic bacteria. Oxalogenic plants convert atmospheric CO2 into oxalic acid and oxalic salts. Oxalate-salt formation acts as a carbon sink in terrestrial ecosystems via the oxalate-carbonate pathway (OCP). Oxalotrophic bacteria might be implicated in other carbon-storage processes, including the synthesis of polyhydroxyalkanoates (PHAs). More recently, a variety of bacteria from the Andean region of Colombia in Narino have been reported for their PHA-producing abilities. These species can degrade oxalate and participate in the oxalate-carbonate pathway. The aim of this study was to isolate and characterize oxalotrophic bacteria with the capacity to accumulate PHA biopolymers. Plants of the genus Oxalis were collected and bacteria were isolated from the soil adhering to the roots. The isolated bacterial strains were characterized using biochemical and molecular biological methods. The consumption of oxalate in culture was quantified, and PHA production was monitored in batch fermentation. The polymeric composition was characterized using gas chromatography. Finally, a biosynthetic pathway based on our findings and on those from published sources is proposed. Strains of Bacillus spp. and Serratia sp. were found to metabolize calcium oxalate and synthesize PHA.

Resumen El oxalato es un anión de ácido orgánico altamente oxidado usado como fuente carbono y energía por bacterias oxalotróficas. Las plantas oxalogénicas convierten CO2 atmosférico en ácido oxálico y sales oxálicas. La formación de sales de oxalato actúa como un sumidero de carbono en ecosistemas terrestres via oxalato-carbonato (OCP). Las bacterias oxalotróficas podrían estar implicadas en otros procesos de almacenamiento de carbono, incluyendo la síntesis de polihidroxialcanoatos (PHAs). Recientemente, una variedad de bacterias de la región andina colombiana en Nariño ha sido reportada por su habilidad para producir PHAs. Estas especies pueden degradar oxalato y participar en la vía del oxalato-carbonato. El objetivo de este estudio fue aislar y caracterizar bacterias oxalotróficas con capacidad de acumular biopolímeros PHA. Se colectaron plantas del genero Oxalis y se aislaron bacterias del suelo adheridas a las raíces. Las cepas bacterianas aisladas se caracterizaron usando métodos bioquímicos y de biología molecular. Se cuantificó el consumo de oxalato en cultivo, y se monitoreó la producción de PHA en fermentación por lotes. La composición polimérica se caracterizó usando cromatografía de gases. Finalmente, se propone una via biosintética basada en nuestros hallazgos y en los de otras fuentes publicadas. Se encontró que las cepas de Bacillus spp. y Serratia sp. metabolizan oxalato de calcio y sintetizan PHA.

Resumo O oxalato é um ânion de ácido orgânico altamente oxidado utilizado como fonte de carbono e nergía por bactérias oxalotróficas. As plantas oxalogênicas convertem CO2 atmosférico em ácido oxálico e sais oxálicos. A formação de sais de oxalato atua como um sumidouro de carbono em ecossistemas terrestres via oxalato-carbono (OCP). As bactérias oxalotróficas poderiam estar envolvidas em outros processos de armazenamento de carbono, incluindo a sínteses de polihidroxialcanoatos (PHAs). Recentemente, uma variedade de bactérias da região Andina colombiana no Departamento de Nariño foi reportada devido a sua habilidade para produzir PHAs. Estas espécies podem degradar oxalato e participar na via oxalato-carbono. O objetivo de esse estudo foi isolar e caracterizar bactérias oxalotróficas com capacidade de acumular biopolímeros PHA. Plantas do género Oxalis foram coletadas e se isolaram bactérias do solo aderido a suas raízes. As cepas bacterianas isoladas se caracterizaram utilizando métodos bioquímicos e de biologia molecular. O consumo de oxalato em cultivo foi quantificado, e a produção de PHA foi monitorada em fermentação por lotes. A composição polimérica se caracterizou utilizando Cromatografia de Gases. Finalmente, se propõe uma via biossintética baseada em nossos resultados juntamente com resultados da literatura. Se encontrou que as cepas de Bacillus spp. e Serratia sp. metabolizam oxalato de cálcio e sintetizam PHA.

Eficiencia en la reducción de Cromo por una bacteria silvestre en un tratamiento tipo Batch utilizando como sustrato agua residual del municipio de Pasto, Colombia / Efficiency in the reduction of chromium by a wild bacterium in a Batch treatment type using residual water substrate from the municipality of Pasto, Colombia

Resumen Objetivo: Evaluar la eficiencia en la reducción de Cromo en un tratamiento tipo Batch, utilizando como sustrato agua residual municipal inoculada con una bacteria silvestre. Materiales y métodos: Se verificó a escala de laboratorio el porcentaje de reducción de Cromo hexavalente de tres bacterias silvestres previamente aisladas de agua residual del Río Pasto (Bacillus thuringiensis, Bacillus amyloliquefaciens y Paenibacillus sp.); se seleccionó el aislado que presentó mayor porcentaje de reducción de Cr y fue sometido a diferentes tratamientos. El análisis de los resultados se hizo mediante estadística descriptiva. Resultados: B. thuringiensis, B. amyloliquefaciens, y Paenibacillus sp., presentaron porcentajes de reducción de Cr (VI) de 82,01%; 80,85% y 79,27%, respectivamente. Se determinó que el tercer tratamiento (agua sin esterilizar del Río Pasto con B. thuringiensis) presentó diferencias significativas respecto a los demás (p = 0,0001 α = 0,05), concluyendo que B. thuringiensis reduce en mayor proporción el Cr (VI), los resultados encontrados en esta investigación son promisorios en el campo de la biorremediación de efluentes contaminados con Cromo ya que pueden ser tomados como base para implementar estrategias de biorremediación a gran escala. Conclusión: La bacteria B. thuringiensis presentó alta eficiencia en la reducción de Cromo hexavalente (99,42%), cuando fue implementada en un tratamiento a escala de laboratorio de agua residual sin esterilizar.

Abstract Objective: To evaluate the efficiency in the reduction of chromium in a Batch treatment type, using municipal residual water substrate inoculated with a wild bacterium. Materials and methods: The reduction percentage of hexavalent chromium of three wild bacteria previously isolated from residual water from the Pasto River was verified at laboratory scale (Bacillus thuringiensis, Bacillus amyloliquefaciens and Paenibacillus sp.); the isolated that showed the highest percentage of reduction of Cr was selected and was subjected to different treatments. The analysis of results was done using descriptive statistics. Results: B. thuringiensis, B. amyloliquefaciens, and Paenibacillus sp., presented percentages of reduction of Cr (VI) of 82,01%; 80,85% and 79,27%, respectively. It was determined that the third treatment (nonsterile water from the Pasto River with B. thuringiensis) presented significant differences with regard to the other (p = 0.0001 α = 0.05), concluding that B. thuringiensis reduces in greater proportion the Cr (VI). The results found in this research are promising in the field of bioremediation of contaminated effluents with Chrome since they may be taken as the basis for implementing strategies of bioremediation on a large scale. Conclusion: The bacteria B. thuringiensis presented high efficiency in the reduction of hexavalent chromium (99.42%) when implemented in a treatment at laboratory scale of residual nonsterile water.