Efecto de Estrés Abiótico Impuesto por Cr(Vi) en el Perfil Metabolómico de Algunos Organismos Vivos

Abstract

La captación del Cr(VI), las rutas de su reducción y sus efectos sobre los organismos vivos han sido extensamente estudiadas, sin embargo, aún se desconocen los aspectos que involucran a este elemento con ciertas respuestas biológicas de los organismos vivos y el rol que tienen algunos metabolitos en la reducción del Cr(VI) hasta Cr(III); el primero biodisponible y tóxico, el segundo mucho menos biodisponible y a bajas concentraciones considerado benéfico para un buen metabolismo de la glucosa en animales. Se ha reportado la resistencia de algunos organismos al cromo hexavalente así como la capacidad para reducirlo y/o acumularlo, ambos efectos son de interés en el área de la biorremediación de ambientes contaminados con este elemento. Bajo este marco, el objetivo principal del proyecto de tesis ha sido realizar un estudio metabolómico en los organismos seleccionados con el fin de avanzar en el conocimiento de sus mecanismos defensivos en las condiciones de estrés abiótico impuesto por Cr(VI). El trabajo consistió en dos etapas: a) Estudio de la factibilidad de CG-FID junto con el análisis multivariante por el método de componentes principales (PCA) y CG-MS para la identificación de cambios en el perfil metabólico de los organismos Lepidium sativum y Helianthus annuus expuestos a Cr(VI); y b) Estudio analítico de la reducción de Cr(VI) en cultivos de Bacillus cereus en presencia del ión Mn(II). En la primera parte de tesis se trabajó con las plantas Lepidium sativum y Helianthus annuus, las cuales fueron expuestos a tres distintas concentraciones de Cr(VI), 10 mg/L, 50 mg/L y 100 mg/L con sus respectivos controles. Se propusó una plataforma que consistió en el análisis por GC-FID con una derivatización pre-columna con BSTFA para la obtención de perfiles de metabolitos en cada una de las condiciones de exposición de las dos plantas; los datos obtenidos (intensidades de las señales que se presentan en los cromatogramas con diferentes tiempos de retención) fueron analizados por medio del PCA lo que permitió seleccionar los picos cromatográficos cuya intensidad fue afectada por la exposición de la planta a Cr(VI). Seguido de esto, se prosiguió con la identificación de los metabolitos encontrados en las plantas, para esta identificación se utilizaron estándares de varios compuestos y el análisis por CG-MS. Los resultados obtenidos confirman que la plataforma que engloba las herramientas analíticas GC-FID, GC-MS y PCA es adecuada para estudiar la respuesta de las plantas al estrés abiótico impuesto por el Cr(VI). Se propone seguir con este tema en un trabajo futuro para lograr los resultados analíticos validados y las conclusiones contundentes. En la segunda parte de este trabajo, utilizando las herramientas descritas en la primera parte, se realizó un estudio analítico sobre la reducción del Cr(VI) en cultivos de Bacillus cereus en presencia del ion Mn(II), dicha cepa bacteriana fue previamente aislada de desechos de una tenería. Para demostrar la reducción del Cr(VI) en este sistema, se ha desarrollado un procedimiento de especiación de Cr(VI)/Cr(III) basado en la separación cromatográfica y la detección en-línea del Cr por espectrometría de emisión atómica con excitación en plasma de microondas (HPLC – MP-AES). En los ensayos de reducción, se utilizaron concentraciones de 30 mg/L y 50 mg/L del Cr(VI) y 2.9mg/L, 5.9 mg/L y 11.8 mg/L de Mn(II). Los experimentos se llevaron a cabo en el medio de cultivo conteniendo los metabolitos secretados por la bacteria en presencia de los microorganismos y también en los medios gastados de los cuales las bacterias fueron retiradas por filtración. Los resultados obtenidos confirmaron la capacidad B. cereus para reducir el Cr(VI) y mostraron que el Mn(II) juega el papel de un facilitador del proceso. Se ha demostrado también, que el ácido oxálico, presente en el medio de cultivo como metabolito de la bacteria, participa como reductor en el proceso de reducción y que este proceso ocurre a pH neutro. Finalmente, los resultados del análisis de especiación revelaron que el producto de reducción (Cr(III)) es inmediatamente estabilizado en el medio de tal manera que no forma complejo con EDTA. En presencia de Mn(II) (entre 5.9 y 11.8 mg/L), el cultivo con densidad óptica inicial 0.5 es capaz de reducir completamente 30 mg/L Cr(VI) en un periodo de tiempo de 24 h.