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Halorrespiración

La respiración de organohaluros (OHR) (anteriormente denominada halorrespiración o deshalorespiración ) es el uso de compuestos halogenados como aceptores terminales de electrones en la respiración anaeróbica . [1] [2] [3] La respiración de organohaluros puede desempeñar un papel en la biodegradación microbiana . Los sustratos más comunes son los alifáticos clorados ( PCE , TCE , cloroformo ) y los fenoles clorados. Las bacterias que respiran organohaluros son muy diversas. Este rasgo se encuentra en algunas Campylobacterota , Thermodesulfobacteriota , Chloroflexota (bacterias verdes sin azufre), Clostridia grampositivas de bajo G+C , [4] y ultramicrobacterias. [5]

Proceso de respiración de organohaluros

El proceso de respiración de organohaluros, utiliza la deshalogenación reductora para producir energía que puede ser utilizada por el microorganismo que respira para llevar a cabo su crecimiento y metabolismo. [6] Los compuestos orgánicos halogenados se utilizan como aceptor terminal de electrones , lo que da como resultado su deshalogenación. [6] La deshalogenación reductora es el proceso por el cual esto ocurre. [6] Implica la reducción de compuestos halogenados eliminando los sustituyentes halógenos, mientras que simultáneamente se agregan electrones al compuesto. [7] La ​​hidrogenólisis y la reducción vecinal son los dos procesos conocidos de este mecanismo que se han identificado. [7] En ambos procesos, los sustituyentes halógenos eliminados se liberan como aniones. [7] La ​​deshalogenasa reductora es catalizada por deshalogenasas reductoras , que son enzimas asociadas a la membrana. [6] [8] [3] Se predice que varias hidrogenasas no solo asociadas a la membrana sino también citoplasmáticas, en algunos casos como parte de los complejos proteicos, desempeñan funciones en el proceso de respiración de organohaluros. [9] La mayoría de estas enzimas contienen grupos de hierro-azufre (Fe-S) y un cofactor corrinoide en sus sitios activos. [6] Aunque se desconoce el mecanismo exacto, las investigaciones sugieren que estos dos componentes de la enzima pueden estar involucrados en la reducción. [6]

Sustratos utilizados y significado ambiental

Los sustratos comunes que se utilizan como aceptores terminales de electrones en la respiración de organohaluros son pesticidas organoclorados , haluros de arilo y disolventes de alquilo. [7] Muchos de estos son contaminantes persistentes y tóxicos que solo pueden degradarse anaeróbicamente mediante la respiración de organohaluros, ya sea parcial o completamente. [6] [7] El tricloroetileno (TCE) y el tetracloroetileno (PCE) son dos ejemplos de dichos contaminantes, y su degradación ha sido un foco de investigación. [6] [7] [10] El PCE es un disolvente de alquilo que se usaba anteriormente en limpieza en seco, desengrasado de maquinaria y otras aplicaciones. [6] [7] Sigue siendo un contaminante común de las aguas subterráneas. [6] [7] Se han aislado bacterias capaces de degradar completamente el PCE a eteno , un químico no tóxico. [10] Se ha descubierto que pertenecen al género Dehalococcoides y que utilizan H 2 como donante de electrones . [10] El proceso de respiración de organohaluros se ha aplicado a la biorremediación in situ de PCE y TCE en el pasado. [6] [8] Por ejemplo, la decloración reductiva mejorada se ha utilizado para tratar aguas subterráneas contaminadas introduciendo donantes de electrones y bacterias que deshalorrespiran en el sitio contaminado, para crear condiciones que estimulen el crecimiento bacteriano y la respiración de organohaluros. [8] 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. [8]

Usos en biorremediación

Un aspecto ecológicamente significativo de la respiración bacteriana de organohaluros es la reducción de tetracloroeteno (PCE) y tricloroeteno (TCE); contaminantes antropogénicos con alta neuro y hepatotoxicidad . [11] Su presencia como contaminantes ambientales surgió de su uso industrial común como agentes desengrasantes de metales desde la década de 1920 hasta 1970. [12] 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 hace que el TCE y el PCE se encuentren entre los contaminantes de aguas subterráneas más comunes. [13]

Una estrategia comúnmente utilizada para la eliminación de TCE y PCE de las aguas subterráneas es el uso de biorremediación a través de la decloración reductiva mejorada (ERD). [14] La ERD implica inyecciones in situ de bacterias deshalorespiradoras, entre sustratos orgánicos fermentables que sirven como donantes de electrones , mientras que los dos contaminantes, TCE y PCE, actúan como aceptores de electrones . [14] Esto facilita la decloración secuencial de PCE y TCE en cis- dicloroeteno nocivo (DCE) y cloruro de vinilo (VC), que luego se adaptan como aceptores de electrones para la decloración completa en eteno inocuo . [14]

Una amplia gama de bacterias de diferentes géneros tienen la capacidad de declorar parcialmente PCE y TCE en cis -DCE y VC. [14] Un ejemplo de esto es la bacteria Magnetospirillum , cepa MS-1, que puede reducir PCE en cis - DCE en condiciones aeróbicas. [15] Sin embargo, estos sustratos hijos tienen perfiles de toxicidad más altos que sus compuestos parentales. [14] 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. [14] Actualmente, las bacterias del género Dehalococcoides son los únicos organismos conocidos que pueden declorar completamente PCE en eteno. Esto se debe a sus deshalogenasas reductoras transmembrana (RDases) específicas que metabolizan los átomos de cloro en los contaminantes xenobióticos para la energía celular. [16] En particular, los aislados de Dehalococcoides VS y BAV1 codifican RDases de cloruro de vinilo, que metabolizan el VC en eteno inocuo, lo que los convierte en especies necesarias en los sistemas ERD utilizados en la biorremediación de PCE y TCE. [16]

Véase también

Referencias

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  2. ^ Jugder, Bat-Erdene; Ertan, Haluk; Bohl, Susanne; Lee, Matthew; Marquis, Christopher P.; Manefield, Michael (2016). "Bacterias que respiran organohaluros y deshalogenasas reductoras: herramientas clave en la biorremediación de organohaluros". Frontiers in Microbiology . 7 : 249. doi : 10.3389/fmicb.2016.00249 . ISSN  1664-302X. PMC 4771760 . PMID  26973626. 
  3. ^ ab Jugder, Bat-Erdene; Ertan, Haluk; Lee, Matthew; Manefield, Michael; Marquis, Christopher P. (1 de octubre de 2015). "Las deshalogenasas reductoras alcanzan su madurez en la destrucción biológica de organohaluros". Tendencias en biotecnología . 33 (10): 595–610. doi :10.1016/j.tibtech.2015.07.004. ISSN  0167-7799. PMID  26409778.
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Lectura adicional