Contraste entre un modelo matemático y el proceso de biorreducción de Cr(VI) por consorcios de bacterias aisladas de agua residual del Rio Pasto
Contrast between a mathematical model and the bioreduction process of Cr(VI) by consortia of bacteria isolated from wastewater of the Pasto River
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Introducción. El metabolismo versátil de los microorganismos permite la biodegradación de una amplia variedad de contaminantes, sin embargo, la creciente ampliación de la industria supera su capacidad de procesamiento de poluentes. El cromo hexavalente Cr(VI) debido a su alta toxicidad es uno de los metales pesados de mayor difusión y preocupación a nivel global. Existen numerosas investigaciones enfocadas en proponer tratamientos para depurar los diferentes ecosistemas afectados con este metal; no obstante, el conocimiento sobre diversos microorganismos de una misma fuente que podrían ayudar a solucionar esta problemática se ve restringido. Objetivo. Evaluar la eficiencia en la reducción de Cr(VI) de consorcios bacterianos (B. thuringiensis, B. amyloliquefaciens y Paenibacillus sp.) en un tratamiento tipo Batch, utilizando como sustrato agua residual municipal del Río Pasto. Metodología. Se formuló un modelo matemático que predijo de manera confiable el comportamiento de los consorcios, con relación a su crecimiento y el porcentaje de reducción, los resultados de las simulaciones fueron comparados con datos experimentales para seleccionar el consorcio con mejores resultados de reducción de Cr(VI). Posteriormente, se determinó su eficiencia en la reducción de Cr(VI), usando como sustrato agua residual del rio sin esterilizar. Resultados. Los análisis estadísticos resaltaron la ausencia de diferencias estadísticamente significativas en los porcentajes de reducción entre los consorcios. No obstante, con el cultivo seleccionado se presentó un porcentaje de reducción de 91% en 156 horas. Conclusión. Los resultados encontrados en esta investigación son promisorios para su aplicación en el mejoramiento de las prácticas de tratamiento para la biorremediación de Cr(VI).
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- Corrales L, Sánchez L, Sánchez Cortes P, Sánchez León A, Sánchez Quintero V, Zárate D. Estudio piloto de aislamiento y fenotipificación de bacterias que participan en los procesos de biolixiviación, en las zonas mineras del Departamento de Boyacá. NOVA. 2006; 4(5).
- https://doi.org/10.22490/24629448.348
- Sarkar P, Chourasia R. Bioconversion of organic solid wastes into biofortified compost using a microbial consortium. International Journal of Recycling of Organic Waste in Agriculture. 2017; 6(4): p. 321 - 334.
- https://doi.org/10.1007/s40093-017-0180-8
- Huang H, Zhao Y, Xu Z, Ding Y, Zhou X, Dong M. A high Mn(II)-toletance strain, Bacillus thuringiensis HM7, isolated from manganese ore and its biosorption characteristics. PeerJ - Journal of Life and Environmental Sciences. 2020; 8(2020): p. 1 - 24.
- https://doi.org/10.7717/peerj.8589
- Kalsoom W, Batool A, Din G, DIn SU, Jamil J, Hasan F, et al. Isolation and screening of chromium resistant bacteria from industrial waste for bioremediation purposes. Brazilian Journal of Biology. 2021; 83(2021).
- https://doi.org/10.1590/1519-6984.242536
- Pinta-Melo J, Guerrero-Ceballos L, Ibargüen-Mondragón E, Fernández-Izquierdo P, Gómez Arrieta JD, Burbano-Rosero EM. Tolerance and reduction of Cr(VI) by Bacillus amyloliquefaciens, B. thuringiensis and Paenibacillus sp., isolated from Pasto River. Latin American Journal of Development. 2022; 4(1): p. 272-297.
- https://doi.org/10.46814/lajdv4n1-020
- Soto C, Gutiérrez S, Rey-León A, González-Rojas E. Biotransformación de metales pesados presentes en lodos ribereños de los ríos Bogotá y Tunjuelo. NOVA. 2010; 8(14).
- https://doi.org/10.22490/24629448.450
- Góngora E, Cadena CD, Dussán J. Toxic metals and associated sporulated bacteria on Andean hummingbird feathers. Environmental Science and Pollution Research. 2016; 23(22): p. 22968 - 22979.
- https://doi.org/10.1007/s11356-016-7506-3
- Mora Collazos A. Bacillus sp. G3 un microorganismo promisorio en la biorremediación de aguas industriales contaminadas con cromo hexavalente. Nova scientia. 2016; 8(17): p. 361 - 378.
- https://doi.org/10.21640/ns.v8i17.655
- Sharma P, Singh SP, Parakh SK, Tong YW. Health hazards of hexavalent chromium (Cr (VI)) and its microbial reduction. Bioengineered. 2022; 13(3): p. 4923 - 4938.
- https://doi.org/10.1080/21655979.2022.2037273
- Vásquez Perea Y, Villamil Poveda J, Sánchez Leal L, Lancheros Diaz A. Evaluación de un sistema de medio fijo como soporte para una película microbiana capaz de reducir Cr (VI) de lodos residuales de curtiembres. NOVA. 2014; 12(21).
- https://doi.org/10.22490/24629448.996
- Bharagava RN, Mishra S. Hexavalent chromium reduction potential of Cellulosimicrobium sp. isolated from common effluent treatment plant of tannery industries. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2018; 147: p. 102 - 109.
- https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2017.08.040
- Maldaner J, Steffen GP, Missio EL, Saldanha CW, de Morais RM, Nicoloso FT. Tolerance of Trichoderma isolates to increasing concentrations of heavy metals. International Journal of Environmental Studies. 2021; 78(2): p. 185 - 197.
- https://doi.org/10.1080/00207233.2020.1778290
- Martínez Buitrago SY, Romero Coca JA. Revisión del estado actual de la industria de las curtiembres en sus procesos y productos: Un análisis de su competitividad. Revista Facultad De Ciencias Económicas. 2017; 26(1): p. 113 -124.
- https://doi.org/10.18359/rfce.2357
- Alzate Tejada AM. Anexo1. En Diagnóstico ambiental del sector curtiembre en Colombia: Proyecto de gestión ambiental en la industria de curtiembre. Colombia: Centro Nacional de Producción más limpia y Tecnologías Ambientales.; 2004. p. 7-9.
- Guerrero Ceballos , Pinta Melo , Fernandez Izquierdo P, Ibarguen Mondragón E, Hidalgo Bonilla P, Burbano Rosero E. 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. Universidad y salud. 2017; 19(1): p. 102-115.
- https://doi.org/10.22267/rus.171901.74
- Otero ID. Remoción de la materia orgánica de las aguas residuales vertidas al Río Pasto con bacterias productoras de polihidroxialcanoatos. Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al título de Biólogo. Pasto: Universidad de Nariño, Colombia.
- Lace A, Ryan D, Bowkett M, Cleary J. Chromium monitoring in water by colorimetry using optimised 1,5-diphenylcarbazide method. Environmental Research and Public Health. 2019; 16(10): p. 1803.
- https://doi.org/10.3390/ijerph16101803
- Murray JD. Mathematical Biology I: An Introduction; 2003.
- https://doi.org/10.1007/b98869
- Trinidad Bello A. Modelos de crecimiento en biología, su significado biológico y selección del modelo por su ajuste. Iztapalapa - México:, División de Ciencias Básicas e Ingenierías.
- Xu X, Zarecki R, Medina S, Ofaim S, Liu X, Chen C, et al. Modelling microbial communities from atrazine contaminated soils promotes the development of biostimulation solutions. The ISME Multidisciplinary Journal of Microbial Ecology. 2019; 13(2019): p. 494 - 508.
- https://doi.org/10.1038/s41396-018-0288-5
- American Public Health; Association, American Water Works; Federation, Water Environment. Chromiun 117A Hexavalente chromiun. En Health AP, Association AWW, Federation WE. Standards Methods for the examination of water and wastewater.; 1999. p. 271.
- Niño Camacho L, Torres Sáenz R. Implementación de diferentes técnicas analíticas para la determinación de biomasa bacteriana de cepas de Pseudomonas putida biodegradadoras de fenol. Revista ION. 2010; 23(1): p. 41 - 46.
- Sereshti H, Vasheghani Farahani M, Baghdadi M. Trace determination of chromium (VI) in environmental water samples using innovative thermally reduced graphene (TRG) modified SiO2 adsorbent for solid phase extraction and UV-vis spectrophotometry. Talanta. 2016; 146: p. 662 - 669.
- https://doi.org/10.1016/j.talanta.2015.06.051
- Rinaldo J, Anand Prem R. Bioreactor level optimization of chromium(VI) reduction through Pseudomonas putida APRRJVITS11 and sustainable remediation of pathogenic DNA in wate. Beni-Suef University Journal of Basic and Applied Sciences. 2022; 11(2022): p. 1 - 8.
- https://doi.org/10.1186/s43088-021-00183-y
- Arroyo Núñez MG. Tratamiento de disoluciones que contienen cromo hexavalente mediante electrocoagulación con ánodos de hierro. Tesis doctoral para optar al grado de Doctor en Ingeniería química y Nuclear. Valéncia.
- López Vázquez CM, Buitrón Méndez G, Garcia HA, Cervantes Carrillo FJ. Tratamiento biológico de aguas residuales: Principios, modelación y diseño: IWA Publishing; 2017.
- https://doi.org/10.2166/9781780409146
- Banerjee S, Misra A, Chaudhury S, Dam B. A Bacillus strain TCL isolated from Jharia coalmine with remarkable stress responses, chromium reduction capability and bioremediation potential. Journal of hazardous materials. 2019;: p. 215 - 223.
- https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2018.12.038
- Castro Echavez FL, Marín Leal JC. Comparación de la ecotoxicidad por metales pesados sobre bacterias heterótrofas de dos sitios contrastados del lago de maracaibo (Venezuela). Revista Facultad De Ciencias Básicas. 2018; 1(1): p. 9 - 17.
- https://doi.org/10.18359/rfcb.2825
- Hossain N, Rahman M. Antagonistic activity of antibiotic producing Streptomyces sp. against fish and human pathogenic bacteria. Brazilian Archives of Biology and Technology. 2014; 57(2): p. 233 - 237.
- https://doi.org/10.1590/S1516-89132014000200011
- Atlas RM, Bartha R. Capitulo 3: Interacciones entre poblaciones microbianas. En Ecología microbiana y microbiología ambiental. Madrid: Pearson-Addison Wesley; 2002. p. 64 - 81.
- Ginovart M, Tutusaus A, Mas MT. Agent-based modeling: microbial canibalism. Modelling in Science Education and Learning. 2019; 12(2): p. 5 - 46.
- https://doi.org/10.4995/msel.2019.10975
- Roestorff MM, Chirwa EM. Comparison of the performance of Chlorococcum ellipsoideum and Tetradesmus obliquus as a carbon source for reduction of Cr (VI) with bacteria. Chemical Engineering Transactions. 2018; 70(2018): p. 463 - 468.
- Mbonambi NC, Chirwa EM. Biological remediation of chromium (VI) in aquifer media columns. Chemical Engineering Transactions. 2019; 76(2019): p. 1333 - 1338.
- Ontañon OM, Fernandez M, Agostini E, González PS. Identification of the main mechanisms involved in the tolerance and bioremediation of Cr(VI) by Bacillus sp. SFC 500-1E. Environmental Science and Pollution Research. 2018; 25(16): p. 16111 - 16120.
- https://doi.org/10.1007/s11356-018-1764-1
- Dong G, Wang Y, Gong L, Wang M, Wang H, He N, et al. Formation of soluble Cr(III) end-products and nanoparticles during Cr(VI) reduction by Bacillus cereus strain XMCr-6. Biochemical Engineering Journal. 2013; 70(2013): p. 166 - 172.
- https://doi.org/10.1016/j.bej.2012.11.002
- Kafilzadeh F, Saberifard S. Isolation and identification of chromium (VI)-resistant bacteria from soltan abad river sediments (Shiraz-Iran). Jundishapur Journal of Health Sciences. 2016; 8(1): p. 41 - 47.
- https://doi.org/10.17795/jjhs-33576
- Rahman Z, Thomas L. Chemical-assisted microbially mediated chromium (cr) (vi) reduction under the influence of various electron donors, redox mediators, and other additives: An outlook on enhanced Cr(VI) removal. Frontiers in Microbiology. 2021; 11(2021): p. 3503.
- https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.619766
- Narayani M, Vidya Shetty K. Reduction of hexavalent chromium by a novel Ochrobactrum sp.-microbial characteristics and reduction kinetics. Journal of Basic Microbiology. 2014; 54(4): p. 296 - 305.
- https://doi.org/10.1002/jobm.201200183
- Mohapatra RK, Parhi PK, Thatoi H, Panda CR. Bioreduction of hexavalent chromium by Exiguobacterium indicum strain MW1 isolated from marine water of Paradip Port, Odisha, India. Chemistry and Ecology. 2017; 33(2): p. 114 - 130.
- https://doi.org/10.1080/02757540.2016.1275586
- Elahi A, Rehman A. Multiple metal resistance and Cr6+ reduction by bacterium, Staphylococcus sciuri A-HS1, isolated from untreated tannery effluent. Journal of King Saud University-Science. 2019; 31(4): p. 1005 - 1013.
- https://doi.org/10.1016/j.jksus.2018.07.016
- Sandana Mala JG, Sujatha D, Rose C. Inducible chromate reductase exhibiting extracellular activity in Bacillus methylotrophicus for chromium bioremediation. Microbiological Research. 2015; 170(2015): p. 235 - 241.
- https://doi.org/10.1016/j.micres.2014.06.001
- Vélez JA, Quiroz LF, Ruiz OS, Montoya OI, Turrión MB, Ordúz S. Hexavalent chromium-reducing bacteria on biosolids from the San Fernando wastewater treatment plant in Medellín (Colombia). Revista Colombiana de Biotecnología. 2021; 23(1): p. 32 - 45.
- https://doi.org/10.15446/rev.colomb.biote.v23n1.94005