Estudio de la transformación de TNT, 2,4-DNT y PETN por bacterias aisladas de ambientes impactados con explosivos

Abstract

El 2,4,6-trinitrotolueno (TNT), el pentaeritritol tetranitrato (PETN) y el 2,4-dinitrotolueno (2,4-DNT) son compuestos tóxicos ampliamente usados en la industria, y que comúnmente coexisten en ambientes impactados con explosivos. El tratamiento biológico de estos ambientes cuenta con limitantes, como son la necesidad de una fuente de carbono para la transformación de TNT y PETN y la inhibición que causa el TNT en las rutas metabólicas de otros compuestos. Teniendo esto en cuenta, en este trabajo se tuvo como objetivo estudiar la transformación de TNT, PETN y 2,4-DNT en cepas bacterianas, y evaluar el efecto del TNT en la transformación de los otros dos compuestos. Para esto, se evaluaron las cepas Raoultella planticola M30b y Rhizobium radiobacter M109c aisladas previamente en la Unidad de Saneamiento y Biotecnología Ambiental (USBA) y Cupriavidus metallidurans DNT suministrada por el Dr. Jim Spain (Georgia Tech, Atlanta). Las tres cepas fueron capaces de transformar TNT y PETN como única fuente de nitrógeno y 2,4-DNT como única fuente de carbono y nitrógeno. Interesantemente, en R. radiobacter M109c y C. metallidurans DNT el TNT afectó negativamente, pero no inhibió completamente, la transformación de 2,4-DNT, mientras que en R. planticola M30b, el TNT inhibió completamente la transformación de 2,4-DNT. Por otro lado, en las tres cepas el TNT disminuyó la transformación del PETN, pero sin inhibirla completamente. Con el fin de determinar los genes posiblemente implicados en la transformación del TNT, PETN y 2,4-DNT, se realizó la secuenciación del genoma completo de las cepas R. planticola M30b y R. radiobacter M109c y adicionalmente se realizaron librerías de clones a partir del ADN de ambas cepas. En ninguna de las cepas se detectaron los genes codificantes para la DNT dioxigenasa, reportada en la mineralización del 2,4-DNT, lo cual sugiere que estas cepas poseen enzimas aun no reportadas para este proceso. En R. planticola M30b, la secuencia 4471 es el candidato más fuerte para llevar a cabo la función de la DNT dioxigenasa ya que comparte el dominio catalítico Rieske 2Fe-2S hierro-azufre y a que está relacionada filogenéticamente con enzimas con actividad frente a compuestos con características químicas similares a las del 2,4-DNT. En cuanto a la cepa R. radiobacter M109c, la secuencia 1728 es la única que posee el dominio, Rieske 2Fe-2S hierro-azufre, lo cual sugiere que puede estar relacionada en la transformación del 2,4-DNT. Por otro lado, R. planticola M30b posee una enzima similar a la PETN reductasa, mientras que R. radiobacter M109c posee una enzima similar a la GTN reductasa y 3 enzimas similares a la nitroreductasa PnrA. La PETN reductasa ha sido reportada en la transformación tanto del TNT como del PETN, mientras que la GTN reductasa y la nitroreductasa PnrA han sido reportadas en la transformación del PETN y el TNT respectivamente. Nuestros hallazgos indican que los cultivos de enriquecimiento con TNT pueden ser usados para aislar bacterias transformadoras de 2,4-DNT y PETN, de hecho, este es el primer reporte de bacterias transformadoras de 2,4-DNT aisladas de cultivos de enriquecimiento con TNT. La cepa R. radiobacter M109c puede ser usada para remediar sitios contaminados con mezclas de TNT, 2,4-DNT y PENT, debido a su capacidad para transformar los tres compuestos. Finalmente, se identificaron genes en las cepas R. planticola M30b y R. radiobacter M109c que están posiblemente relacionados con la transformación del TNT, PETN y 2,4-DNT y a la tolerancia frente estos compuestos.