Estudio de la acumulación microbiana de metales y formación de nanopartículas con aplicación potencial en la industria minera

Resumen La minería es una actividad económica de gran importancia y tradición en México. En el caso particular de los metales de transición cobalto y cobre, su extracción y separación es un proceso complicado. Ya que las fuentes de cobalto se encuentran mezcladas con otros metales como el cobre. Algunas bacterias han desarrollado mecanismos que les permiten sobrevivir a concentraciones altas de cobalto y cobre, utilizando procesos que abarcan desde la difusión de iones en membrana, el uso de proteínas de transporte y quelación (producción de sideróforos) así como enzimas de óxido-reducción. A su vez algunos de estos procesos pueden derivar en la formación de nanopartículas metálicas. En este trabajo se evaluaron procesos de producción de sideróforos, de acumulación y adsorción de cobalto y cobre, así como la capacidad de formación de nanopartículas de cobalto y cobre. Utilizando dos cepas bacterianas aisladas de residuos mineros (jales), ZnZac y OC4.Se obtuvieron los valores de concentración mínima inhibitoria (CMI) para cobalto y cobre, ubicando ambas cepas como moderadamente resistentes. En los resultados de las pruebas de biocumulación de la cepa ZnZac fue capaz de acumular cobalto y no cobre, lo que sugiere una acumulación selectiva. La cepa OC4 produjo sideróforos del tipo carboxilatos en cultivos sólidos. Para analizar la formación de nanopartículas se utilizaron dos tipos de microscopia, Confocal de Barrido Laser (LSCM) y Electrónica de Transmisión (TEM). Las imágenes de LSCM muestran la presencia de cobre y cobalto en muestras de biomasa, de ambas cepas, sometidas a periodos de incubación en soluciones con cada metal. Sin embargo no se observo la formación de nanopartículas por TEM, en esta prueba se evaluó un metal testigo (plata). Ambas cepas fueron capaces de formar nanopartículas de plata. Las cinéticas de adsorción presentaron un comportamiento de pseudo segundo orden. Con valores de capacidad de adsorción (qe) de 83.33mgCu/g y 61.34mgCo/g para la cepa OC4 mientras que la cepa ZnZac obtuvo 119mgCu/g y 81.96mgCo/g. El modelo de Freudlich fue el que presentó un mejor ajuste con los valores de adsorción para ambas cepas, OC4 obtuvo una capacidad de adsorción máxima (qmx) de 155.9 mg/g para cobre y 129. 54mg/g para cobalto con valores de constantes de Freudlich (k) mayor para cobre que para cobalto 2.74 y 0.46 respectivamente valores que coinciden con la afinidad. La cepa ZnZac alcanzó una capacidad de adsorción máxima (qmax) calculada, mayor de cobalto que de cobre 537.55 mg/g y 174.29 mg/g respectivamente. Las cepa, ZnZac fue identificada comparando la secuencia de gen 16S, ZnZac un 99% de homología con Delftia tsuruhantensis. Abstrac The mining industry is an economic activity of great importance and tradition in Mexico. In the particular case of the metals of transition cobalt and copper, his extraction and separation is a complicated process. Since the sources of cobalt are mixed by other metals as the copper. Some bacteria have developed mechanisms that allow them to survive high concentrations of cobalt and copper, using processes that they include from the diffusion of ions in membrane, the use of proteins of transport and quelation (siderophores production) as well as redox enzymes. Some of these processes can derive in the formation of metallic nanoparticles. In this work were evaluated processes of siderophores production of accumulation and adsorption of cobalt and copper. As well as the capacity of formation of nanoparticles of cobalt and copper. Using two bacterial strains named ZnZac and OC4, isolated of mining residues (tailings). There were obtained the values of minimal inhibitory concentration (CMI) for cobalt and copper, locating both strains as moderately resistant. In the results of the tests of bioaccumulation of the strains ZnZac it was capable of accumulating cobalt and not copper, which suggests a selective accumulation. The strains OC4 produced siderophores of the carboxylates type in solid cultures. To analyze the formation of nanoparticles were used two types of electron microscopy, confocal scanning laser (LSCM) and electronic transmission (TEM). The images of LSCM show the presence of copper and cobalt in samples from biomass, from both strains, subject to periods of incubation in solutions with each metal. However it was not observed the formation of nanoparticles by TEM, in this test was evaluated a metal witness (silver). Both strains were capable of forming nanoparticles of silver. The adsorption kinetics behaved pseudo-second-order. With values of adsorptive capacity (qe) of 83.33mgCu/g and 61.34mgCo/g for OC4 strain and ZnZac strain 119mgCu/g y 81.96mgCo/g. Values higher than those reported with other bioadsorbentes. Freudlich model was presented a better fit with the values of adsorption OC4 strain obtained maximum adsorption capacity (qmax) of 155.9 mg/g for copper and 129. 54mg/g for cobalt, Freudlich constant values (k) higher for copper than for cobalt 2.74 and 0.46 respectively, this values that match the affinity. The ZnZac strain reached a maximum adsorption capacity (qmax) calculated, most cobalt than copper 537.55 mg/g and 174.29 mg/g. The ZnZac strain was identified comparing the sequence of 16S, 99% homology with Delftia tsuruhantensis