Fungal biodegradation of pharmaceutical active compounds in wastewater
- Autores: Francesc Castellet Rovira
- Directores de la Tesis: Maria Ramos Martinez Alonso (dir. tes.), Montserrat Sarrà i Adroguer (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Maurizio Petruccioli (presid.), Meritxell Gros Calvo (secret.), Francesc Prenafeta Boldú (voc.)
- Programa de doctorado: Programa Oficial de Doctorado en Biotecnología
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- Resumen
Los fármacos son un grupo grande, importante y diverso, de compuestos químicos diseñados para causar efectos terapéuticos sobre la salud principalmente humana, pero también animal. Por su composición, son bioactivos y difíciles de degradar aunque presenten una dosis mínima. Su variedad estructural, de composición y efectos es enorme y mientras que algunos de ellos son eliminados completamente en las depuradoras, otros permanecen inalterados o parcialmente transformados. Además, a pesar de ser estrictamente regulados por ensayos clínicos antes de su distribución en el mercado, no existen restricciones específicas para su liberación en el medio ambiente, y aún falta un método de cuantificación estándar para detectarlos.
Hay que implementar tecnologías alternativas en las depuradoras para eliminar estos principios activos del agua antes de ser vertidos al medio ambiente. Un posible tratamiento es el uso de hongos ligninolíticos. En relación con este tratamiento, el hongo T. versicolor, perteneciente al grupo de hongos de podredura blanca, ha sido ampliamente estudiado en la eliminación de muchos principios activos farmacéuticos en aguas residuales y condiciones no estériles. Sin embargo, aún hay varias cuestiones a resolver entre las cuales destacan: los compuestos recalcitrantes, la generación de productos de transformación y cuellos de botella operacionales.
Se consideran recalcitrantes aquellos fármacos que permanecen inalterados debido a su estructura estable durante los tratamientos de eliminación. En el caso de los tratamientos con hongos, esta estabilidad depende principalmente de factores como el mecanismo de degradación, directamente relacionado con el metabolismo de las especies de hongo empleadas. En ese sentido se realizó un experimento de cribado entre 6 especies diferentes de hongos para descubrir candidatos potenciales para tratar compuestos recalcitrantes. Especies hasta ahora poco estudiadas, como S. rugosoannulata y G. luteofolius, proporcionaron importantes eliminaciones, vinculadas a procesos de biodegradación.
También se estudió la eliminación de fármacos teniendo en cuenta los diferentes mecanismos de biodegradación y sorción en cultivos sumergidos. En cuanto a la sorción, los análisis de los fármacos presentes en la fase líquida y en la biomasa del hongo muestran resultados similares respecto a la sorción estimada a partir de controles con biomasa de hongo inactivada por el calor. Se ha demostrado que 6 días no es tiempo suficiente para que el hongo pueda degradar los contaminantes absorbidos.
En cuanto a la generación de productos de transformación a partir de compuestos principales, se identificaron o-desmethylvenlafaxine y n-desmethylvenlafaxine como los dos principales productos de transformación biológica generados durante la degradación del compuesto recalcitrante venlafaxina. Por otra parte, los productos de transformación generados por el hongo P. ostreatus en la degradación de diclofenaco y ketoprofeno coinciden con las moléculas generadas por T. versicolor en el mismo tratamiento, según sus perfiles de resonancia magnética nuclear. Además, estudios sobre dos de los principales mecanismos enzimáticos de los hongos, demostraron que el enzima lacasa está implicada en la degradación de compuestos recalcitrantes como el atenolol, mientras que el complejo enzimático citocromo P450 interviene en la eliminación de diclofenaco.
Los cuellos de botella operacionales como la contaminación microbiana y la competencia por los nutrientes en los biorreactores fúngicos provocan varios problemas en el mantenimiento de los mismos. Para prevenir la proliferación de bacterias se evaluó la implementación de un biofiltro de arena para la reducción de la carga bacteriana en aguas residuales de hospital. A pesar de cierta reducción, este pretratamiento no permitió reducir suficientemente la carga bacteriana de entrada del reactor. En cambio, la microbiota nativa presente en el biofiltro de arena fue capaz de eliminar el antibiótico ciprofloxacina y el analgésico ibuprofeno. Esto motivó el análisis molecular mediante electroforesis en gel de gradiente desnaturalizante (DGGE) para analizar los cambios que se producían en la microbiota como consecuencia de la exposición continuada a fármacos, y qué poblaciones microbianas albergaban candidatos potenciales en la eliminación de dichos fármacos. Otro de los problemas operativos a tratar en reactores con T. versicolor es la necesidad de proveer el reactor de carbono por un lado, y del control del pH por el otro. En esta tesis, P. ostreatus y S. rugosoannulata han demostrado poderse autoproveer de carbono a partir de aguas residuales con altos valores de demanda química de oxígeno (DQO), evitando así la necesidad de su suministro. Además, S. rugosoannulata también pudo reducir el pH de las aguas residuales hospitalarias a su nivel óptimo y, por tanto, mostró rasgos prometedores para su futura implementación completa en reactores.
