Estudios Experimentales sobre el metabolismo de la producción de hidrógeno en consorcios de Algas-bacterias
Year: 2020
Type: dissertation
Abstract: El hidrógeno molecular (H2) se considera una fuente de energía limpia y de alto contenido energético. La producción fotobiológica de H2 por algas verdes puede ser un método limpio y renovable para la generación de este gas. Chlamydomonas reinhardtii (Chlamydomonas) es una microalga verde unicelular capaz de llevar a cabo la foto-producción de H2. En este trabajo se estudia el efecto que la intensidad lumínica y diferentes fuentes de carbono y nitrógeno tienen en la producción de H2 en co-cultivos de Chlamydomonas con diferentes bacterias. El objetivo general es obtener un mejor conocimiento sobre cómo las interacciones alga-bacteria pueden mejorar la producción de H2. Primero, se estudiaron co-cultivos de Chlamydomonas con diferentes bacterias (Pseudomonas spp., Escherichia coli y Rhizobium etli) en medios ricos, con acetato como fuente de carbono y a tres intensidades de luz diferentes (12, 50 y 100 PPFD). El aumento de 0.87 a 18.2 ml de H2/L de cultivo fue la mayor mejora en la producción de H2 que se obtuvo cuando Chlamydomonas se cocultivó con Pseudomonas putida 12264 bajo 100 PPFD. Se obtuvieron mejoras en la producción de H2 en co-cultivos respecto a los monocultivos del alga. Estas mejoras estaban claramente relacionadas con la menor capacidad de los co-cultivos para consumir el ácido acético de los medios. Cuanto más tiempo permaneció el ácido acético en el medio, mayor fue la producción de H2. En el segundo estudio se observó que en co-cultivos incubados con azúcares como única fuente de carbono, la foto-producción de H2 por parte del alga es posible cuando las bacterias producían ácido acético. También observamos que el cocultivo de Chlamydomonas con Escherichia coli condujo a una producción sinérgica de H2 que produjo un 60% más de H2 en cocultivos en comparación con la suma de la producción en monocultivos de alga y bacteria. La acumulación de ácido acético es uno de los principales inconvenientes de la producción fermentativa de H2 llevada a cabo por bacterias. Sin embargo, este inconveniente puede convertirse en una ventaja cuando las bacterias productoras de H2 se cultivan conjuntamente con Chlamydomonas. En un tercer estudio, tres cepas de bacterias (Stenotrophomonas sp., Microbacterium sp. y Bacillus sp.) fueron aisladas e identificadas de una comunidad de bacterias silvestres. Se observó que Microbacterium es un socio bacteriano mutualista para Chlamydomonas en término de crecimiento. En medios de cultivo suplementados con azúcares y fuentes de nitrógeno inorgánico, Microbacterium no pudo crecer de forma aislada, sin embargo, sí lo pudo hacer cuando se co-cultivó con Chlamydomonas. Posiblemente el alga permite el crecimiento de Microbacterium al proporcionar nutrientes esenciales, probablemente fuentes de nitrógeno orgánico. Por otro lado, la producción de ácido acético por parte de Microbacterium, a partir de la fermentación de azúcares, favorece el crecimiento de Chlamydomonas y la fotoproducción de H2. Bajo esta cooperación, se produjo una cantidad considerable de H2, 313 ml/L de cultivo en cocultivos de Chlamydomonas-Microbacterium en medios ricos en azúcar. Finalmente, se logró un nivel aceptable de coordinación entre los resultados del modelado y los datos empíricos en términos de crecimiento, producción de H2 y absorción de ácido acético, tanto en co-cultivos de Chlamydomonas-Pseudomonas putida como en los monocultivos control. Este modelo de red metabólica basado en restricciones puede ser prometedor para predecir el comportamiento de organismos en sistemas de mono y co-cultivo.
Author: Neda Fakhimi
Language: Spanish
Field: Energy
Domain: Physical Sciences
Open Access status: green
Awards: G5320014550, G7147849551
OpenAlex ID: W3009377625