Halorespiración - Halorespiration

La halorespiración o dehalorespiración o la respiración de organohaluros es el uso de compuestos halogenados como aceptores terminales de electrones en la respiración anaeróbica . La halorespiración puede influir en la biodegradación microbiana . Los sustratos más comunes son los alifáticos clorados (PCE, TCE), los fenoles clorados y el cloroformo . Las bacterias dehalorespiradoras son muy diversas. Este rasgo se encuentra en algunas proteobacterias, cloroflexi (bacterias verdes sin azufre), Clostridia gram positivos bajos en G + C. y ultramicrobacterias.

Proceso de Halorespiración

El proceso de halorespiración, o dehalorespiración, utiliza la deshalogenación reductiva para producir energía que puede ser utilizada por el microorganismo que respira para llevar a cabo su crecimiento y metabolismo. Los compuestos orgánicos halogenados se utilizan como aceptor de electrones terminales , lo que da como resultado su deshalogenación. La deshalogenación reductora es el proceso mediante el cual esto ocurre. Implica la reducción de compuestos halogenados eliminando los sustituyentes halógenos, mientras que simultáneamente se agregan electrones al compuesto. La hidrogenólisis y la reducción vecina son los dos procesos conocidos de este mecanismo que se han identificado. En ambos procesos, los sustituyentes halógenos eliminados se liberan como aniones. La deshalogenación reductora es catalizada por deshalogenasas reductoras , que son enzimas asociadas a la membrana. Se predice que varias hidrogenasas no sólo asociadas a la membrana sino también citoplasmáticas, en algunos casos como parte de los complejos de proteínas, desempeñarán un papel en el proceso de deshalorespiración. La mayoría de estas enzimas contienen grupos de hierro-azufre (Fe-S) y un cofactor de corrinoides en sus sitios activos. Aunque se desconoce el mecanismo exacto, la investigación sugiere que estos dos componentes de la enzima pueden estar involucrados en la reducción.

Sustratos utilizados y significado ambiental

Los sustratos comunes que se utilizan como aceptores terminales de electrones en la dehalorespiración son pesticidas organoclorados , haluros de arilo y disolventes de alquilo. Muchos de estos son tóxicas y persistentes contaminantes que sólo pueden ser degradados anaeróbicamente por dehalorespiration, ya sea parcial o completamente. El tricloroetileno (TCE) y el tetracloroetileno (PCE) son dos ejemplos de tales contaminantes, y su degradación ha sido un foco de investigación. PCE es un solvente de alquilo que se usaba anteriormente en limpieza en seco, maquinaria de desengrasado y otras aplicaciones. Sigue siendo un contaminante común de las aguas subterráneas. Se han aislado bacterias que son capaces de degradar completamente el PCE a eteno , una sustancia química no tóxica. Ellos se han encontrado para pertenecer al género Dehalococcoides y utilizar H 2 como su donante de electrones . El proceso de deshalorespiración se ha aplicado a la biorremediación in situ de PCE y TCE en el pasado. Por ejemplo, la decloración reductora mejorada se ha utilizado para tratar el agua subterránea contaminada mediante la introducción de donantes de electrones y bacterias depuradoras de aire en el sitio contaminado, para crear condiciones que estimulen el crecimiento bacteriano y la dehalorespiración. En la decloración reductiva mejorada, los contaminantes actúan como aceptores de electrones y se reducen completamente para producir finalmente eteno en una serie de reacciones.

Usos en biorremediación

Un aspecto ecológicamente significativo de la halorespiración bacteriana es la reducción de tetracloroeteno (PCE) y tricloroeteno (TCE); contaminantes antropogénicos con alta neuro y hepatotoxicidad . Su presencia como contaminantes ambientales surgió de su uso industrial común como agentes desengrasantes de metales entre las décadas de 1920 y 1970. Estos compuestos xenobióticos tienden a formar capas parcialmente insolubles llamadas líquidos densos en fase no acuosa (DNAPL) en el fondo de los acuíferos subterráneos , que se solubilizan de manera lenta, similar a un reservorio, lo que convierte al TCE y al PCE entre los contaminantes más comunes de las aguas subterráneas.

Una estrategia comúnmente utilizada para la eliminación de TCE y PCE de las aguas subterráneas es el uso de biorremediación mediante decloración reductiva mejorada (ERD). ERD implica inyecciones in situ de bacterias dehalorespiradoras, entre sustratos orgánicos fermentables que sirven como donantes de electrones , mientras que los dos contaminantes, TCE y PCE, actúan como aceptores de electrones . Esto facilita la decloración secuencial de PCE y TCE en cis- dicloroeteno (DCE) y cloruro de vinilo (VC) nocivos , que luego se adaptan como aceptores de electrones para la decloración completa en eteno inocuo .

Una amplia gama de bacterias de diferentes géneros tiene la capacidad de declorar parcialmente PCE y TCE en cis -DCE y VC. Un ejemplo de esto es la bacteria Magnetospirillum , cepa MS-1, que puede reducir el PCE a cis- DCE en condiciones aeróbicas. Sin embargo, estos sustratos hijos tienen perfiles de toxicidad más altos que sus compuestos originales. Como tal, la decloración efectiva de cis -DCE y VC en eteno inocuo es crucial para la biorremediación de acuíferos contaminados con PCE y TCE. Actualmente, las bacterias del género Dehalococcoides son los únicos organismos conocidos que pueden declorar completamente el PCE en eteno. Esto se debe a sus deshalogenasas reductoras transmembrana específicas (RDasas) que metabolizan los átomos de cloro de los contaminantes xenobióticos para obtener energía celular. En particular, los aislamientos de Dehalococcoides VS y BAV1 codifican RDasas de cloruro de vinilo, que metabolizan VC en eteno inocuo, lo que las convierte en especies requeridas en los sistemas ERD utilizados en la biorremediación de PCE y TCE.

Ver también

Referencias

Otras lecturas