Biodiversidad de actinomicetos aislados de plantas depuradoras de aguas residuales. Estudio de ...

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Biodiversidad de actinomicetos aislados
de plantas depuradoras de aguas
residuales. Estudio de la capacidad de
biodegradación de compuestos tóxicos
Albert Soler Hernández
Universitat Politècnica de València

Departamento de Biotecnología

Tesis Doctoral

BIODIVERSIDAD DE ACTINOMICETOS AISLADOS
DE PLANTAS DEPURADORAS DE AGUAS RESIDUALES.
ESTUDIO DE LA CAPACIDAD DE BIODEGRADACIÓN
DE COMPUESTOS TÓXICOS

Memoria presentada por Albert Soler Hernández para
optar al grado de Doctor por la Universitat Politècnica de València

Directores
Gonzalo Cuesta Amat
José Luis Alonso Molina

Valencia, Febrero 2012
Esta editorial es miembro de la UNE, lo que garantiza la
difusión y comercialización de sus publicaciones a nivel
nacional e internacional.

© Albert Soler Hernández, 2012

Primera edición, 2012
© de la presente edición:
Editorial Universitat Politècnica de València
www.editorial.upv.es

ISBN: 978-84-8363-840-8 (versión impresa)
Ref. editorial: 5530 (versión impresa)
5531 (versión electrónica)

Queda prohibida la reproducción, distribución, comercialización, transformación, y en general, cualquier
otra forma de explotación, por cualquier procedimiento, de todo o parte de los contenidos de esta obra
sin autorización expresa y por escrito de sus autores.
UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE VALÈNCIA
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA AGRONÓMICA Y DEL MEDIO
NATURAL
DEPARTAMENTO DE BIOTECNOLOGÍA
ÁREA DE MICROBIOLOGÍA

D. Gonzalo Cuesta Amat, Profesor Contratado Doctor perteneciente al Departamento de
Biotecnología (Área de Microbiología) de la Universitat Politècnica de València y D. José Luis
Alonso Molina, Responsable del Grupo de Química y Microbiología del Agua perteneciente al
Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente de la Universitat Politècnica de València,

CERTIFICAN:

Que la tesis doctoral titulada “BIODIVERSIDAD DE ACTINOMICETOS AISLADOS DE
PLANTAS DEPURADORAS DE AGUAS RESIDUALES. ESTUDIO DE LA CAPACIDAD DE
BIODEGRADACIÓN DE COMPUESTOS TÓXICOS”, que presenta D. Albert Soler Hernández
para optar al grado de Doctor por la Universitat Politècnica de València, ha sido realizada
bajo su dirección y reúne los requisitos adecuados para ser presentada como tesis doctoral ante
el tribunal correspondiente para su lectura y defensa.

Y para que conste a los efectos oportunos, firman el presente certificado,

Valencia, 23 de Enero de 2012

Fdo.: D. Gonzalo Cuesta Amat Fdo.: D. José Luis Alonso Molina
A mi madre, a Luis y a mi padre
Agradecimientos

Al finalizar un trabajo tan arduo y lleno de dificultades, como el desarrollo de esta Tesis Doctoral,
es inevitable que te asalte un muy humano egocentrismo que te lleva a concentrar la mayor parte
del mérito en la tarea que has realizado. Sin embargo, el análisis objetivo te muestra
inmediatamente que la magnitud de ese aporte hubiese sido imposible sin la participación de
muchas personas que han facilitado las cosas para que este trabajo llegue a un feliz término. Por
ello, es para mí un verdadero placer utilizar este espacio para ser justo y consecuente con ellas,
expresándoles mis agradecimientos. Como se suele decir, es de bien nacido el ser agradecido.

A mi madre y a Luis por su apoyo, colaboración y cariño. No solamente en la realización de este
trabajo ya que son muchos los malos momentos que hemos vivido pero que, por suerte, ya han
pasado y nos han hecho más fuertes.

A mi padre que, pese a no estar a mi lado físicamente, me ha alentado en todo momento a
continuar con mis estudios y metas. Sus sabios consejos han hecho que, en momentos de
flaqueza, aprenda a tomarme las cosas con filosofía y entereza.

Gracias a mis directores, Gonzalo y José Luis. El apoyo y confianza en mi trabajo y su capacidad
para guiar mis ideas ha sido un aporte valioso, no solamente en el desarrollo de esta tesis, sino
también en mi formación como investigador. Les agradezco también el haberme facilitado
siempre los medios suficientes para llevar a cabo todas las actividades propuestas durante el
desarrollo de este trabajo. Una mención especial para Gonzalo que, pese a los malos momentos
por los que ha pasado, siempre ha estado ahí. Ánimo Gon, ya queda menos!!!!!

Un fuerte abrazo a todas las personas que forman parte, de una manera o de otra, del
laboratorio de Microbiología de la Escuela de Agrónomos: Mª Antonia, Mª Ángeles, Manolo, Ana
J., Yolanda, Javier, Salut, Rafa, Ana G., Rosa y Nancy. Mi cariño también para mis compañeros
de laboratorio: Paula, Jorge, Claudia, Javi y tantos otros. Sin vuestra ayuda esto tampoco
hubiera sido posible.

A todos mis amigos, en especial a los del Bajo, los de la facultad, los del máster y los de
Agustinos. A todos aquellos que han pasado por mi vida y me han aportado muchas alegrías y,
sobretodo, su amistad. Gracias, de corazón.

Por supuesto a mi familia que siempre me ha apoyado en todas las decisiones tomadas. Muchas
gracias a mis padres y a Luis.

A Carolina, con la que tengo por delante el mayor proyecto de mi vida. Gracias por todos esos
momentos que hemos vivido, tu paciencia, tus consejos, tus ánimos.....

Gracias a todos
“La suerte favorece a la mente preparada”

Louis Pasteur (1822 - 1895)
ÍNDICES Y RESÚMENES
Índice

INTRODUCCIÓN..................................................................................................................... 1

1.- Diversidad microbiana......................................................................................................... 3
2.- Phylum Actinobacteria........................................................................................................ 6
2.1.- Orden Actinomycetales............................................................................................... 7
2.1.1. Suborden Corynebacterineae.............................................................................. 10
2.1.1.1.- Familia Corynebacterineae......................................................................... 10
2.1.1.1.1.- Género Corynebacterium.................................................................... 11
2.1.1.2.- Familia Dietziaceae..................................................................................... 11
2.1.1.2.1.- Género Dietzia.................................................................................... 11
2.1.1.3.- Familia Mycobacteriaceae.......................................................................... 12
2.1.1.3.1.- Género Amycolicicoccus..................................................................... 12
2.1.1.3.2.- Género Mycobacterium....................................................................... 12
2.1.1.4.- Familia Nocardiaceae................................................................................. 13
2.1.1.4.1.- Género Gordonia................................................................................ 13
2.1.1.4.2.- Género Millisia.................................................................................... 14
2.1.1.4.3.- Género Nocardia................................................................................. 15
2.1.1.4.4.- Género Rhodococcus......................................................................... 16
2.1.1.4.5.- Género Skermania.............................................................................. 16
2.1.1.4.6.- Género Williamsia............................................................................... 17
2.1.1.5.- Familia Segniliparaceae.............................................................................. 17
2.1.1.5.1.- Género Segniliparus........................................................................... 17
2.1.1.6.- Familia Tsukamurellaceae.......................................................................... 18
2.1.1.6.1.- Género Tsukamurella.......................................................................... 18
2.1.2.- Suborden Pseudonocardineae............................................................................ 18
2.1.2.1.- Familia Pseudonocardiaceae...................................................................... 18
2.1.2.1.1.- Género Pseudonocardia..................................................................... 19
2.1.3.- Suborden Micrococcineae................................................................................... 19
2.1.3.1.- Familia Microbacteriaceae.......................................................................... 19
2.1.3.1.1.- Género Microbacterium....................................................................... 19
3.- Detección e identificación de actinomicetos nocardioformes en fangos activos................. 20
3.1.- Aislamiento y recuento................................................................................................ 20
3.2.- Identificación y caracterización................................................................................... 21
I
Índice

3.2.1.- Métodos clásicos................................................................................................. 21
3.2.1.1.- Caracteres morfológicos............................................................................. 21
3.2.1.2.- Quimiotaxonomía........................................................................................ 22
3.2.2.- Métodos genotípicos........................................................................................... 24
3.2.2.1.- Análisis de las secuencias del 16S rDNA................................................... 25
3.2.2.2.- Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)............................................. 27
3.2.3.- Métodos fenotípicos............................................................................................ 29
4.- Aguas residuales................................................................................................................. 30
4.1.- Depuración aguas residuales...................................................................................... 32
4.1.1.- Antecedentes...................................................................................................... 32
4.1.2.- Clasificación de los métodos de tratamiento de aguas residuales..................... 32
4.2.- Aguas residuales urbanas........................................................................................... 36
4.3.- Aguas residuales en la industria petroquímica........................................................... 37
4.4.- Sistema de fangos activos.......................................................................................... 40
4.4.1.- El flóculo.............................................................................................................. 40
4.4.2.- Composición de la microbiota............................................................................. 41
4.4.3.- Factores que afectan a la supervivencia de los microorganismos...................... 42
4.4.3.1.- Tasa de crecimiento.................................................................................... 42
4.4.3.2.- Tolerancia a factores abióticos y toxinas.................................................... 42
4.4.3.3.- Capacidad para contribuir a la formación del flóculos................................ 43
4.5.- Problemas producidos por microorganismos en sistemas de fangos activos............. 43
4.5.1.- Aumento del volumen de los sólidos sedimentables o “Bulking”........................ 43
4.5.2.- Formación de espumas biológicas o “Foaming”................................................. 43
4.5.3.- Microorganismos productores de espumas........................................................ 46
4.5.4.- Principales factores que influyen en la formación de espumas.......................... 49
4.5.4.1.- Burbujas de aire.......................................................................................... 49
4.5.4.2.- Partículas hidrofóbicas................................................................................ 50
4.5.4.3.- Tensoactivos.............................................................................................. 51
4.5.5.- Factores que afectan al crecimiento de los microorganismos productores de
espumas.................................................................................................................................... 51
4.5.5.1.- Requisitos nutricionales............................................................................... 51
4.5.5.2.- Requisitos de oxígeno................................................................................. 52
4.5.5.3.- Temperatura................................................................................................ 52
II