Antecedentes

A pesar de la gran diversidad metabólica, ecológica y funcional de las bacterias, es poco el conocimiento que se tiene sobre especies que tienen la capacidad de acumular lípidos y su aplicación en la elaboración de biodiesel (Álvarez y Steinbüchel, 2002). Entre los componentes sintetizados por bacterias, se ha observado que algunas especies presentan una gran especialización en cuanto al tipo de lípido producido. Por ejemplo, los géneros Acinectobacter y Streptomyces, además de producir TAG, sintetizan ácidos polihidroxialcanoatos (PHA: poliéster de cadenas cortas 3-hidroxilo ácidos grasos) a partir de hidrocarburos y los almacena en forma de incrustaciones intracelulares (Álvarez et al. 1997a, b; Anderson y Dawes, 1990; Singer et al.1985; Steinbüchel y Valentin, 1995).

Hasta el momento, la información sobre las condiciones más favorables para la acumulación de ácidos grasos por bacterias oleaginosas y la clase de ácidos grasos predominantes, ha sido obtenida de experimentos en medios de cultivo de composición conocida y enriquecidos para favorecer el crecimiento y utilizando diferentes fuentes de carbono (Tabla V). En estos estudios, se ha observado la importancia que tiene la genética de la especie y algunos parámetros fisicoquímicos sobre la síntesis de ácidos grasos, a parte de los aspectos nutricionales.

Tabla V. Listado de estudios realizados con bacterias catalogadas como oleaginosas, indicando sustrato utilizado y porcentaje de lípidos producidos.

Microorganismos Sustrato % de lípidos Referencia Acinetobacter Hexadecano, hexadecanol. 1.9 Makula et al. 1975 Acinetobacter lwoffii Hexadecano y etanol 16 µg/mg Vachon et al. 1982 Streptomyces coelicolor,

S lividians, S. albus, S. griseus

Glucosa

Hidrocarburos (hexadecano)

60 TAG Olukoshi y Packter, 1994

Nocardia globerula Gluconato, hexadecano, pristino

18.6 TAG Álvarez et al. 2001 Rhodococcus Gluconato, fructosa, acetato,

citrato, succinato, propionato, valerato, fenilacetato, aceite de oliva, fenildecano, n-alcanos

26 - 87 TAG Álvarez et al.1997a

Acinetobacter sp. Acetato, etanol, aceite de oliva, hexadecano y heptadecano

10 – 15 PHA 25 TAG

Álvarez et al. 1997b

Pseudomonas sp. Gluconato, acetato, fructosa, glicerol , octanato.

5 – 70 PHA Pseudomonas aeruginosa

cepa 44T1

Glucosa, n –alcanos y aceite de oliva

38 De Andrés et al.1991

Los géneros de bacterias reportadas como oleaginosas (Tabla V), tienen en común que han sido encontradas en suelos y en áreas contaminadas con hidrocarburos. Las características fisicoquímicas de estos ambientes (sequedad, cambios drásticos de temperatura, concentración de sales, etc), han inducido a que los microorganismos desarrollen capacidades metabólicas especiales, útiles en procesos de biorremediación o en la síntesis de productos de interés comercial (Sánchez et al. 2004). A continuación se describe con más detalle los estudios mencionados en la Tabla V.

El género Acinetobacter se distribuye ampliamente en suelos y es muy importante en los procesos de mineralización (Hold et al. 1992). Este género sintetiza lípidos en forma de triglicéridos (TAG), mono- y digliceroles, ácidos grasos monoinsaturados y ceras esterificadas (wax esters) (Fixer et al. 1986), en diferentes proporciones de acuerdo a la fuente de carbono utilizada. Esto fue observado por Makula et al. (1975), quienes estudiaron la producción de lípidos a nivel intra y extracelular en diferentes especies de Acinetobacter sp. HO1-N, utilizando tres fuentes hidrocarbonadas (pentadecano, hexadecano, y

heptadecano) y otra no hidrocarbonada como control (medio nutritivo con extracto de levadura). A nivel intra- y extracelular, la mayor cantidad de ácidos grasos se obtuvieron con hexadecano en forma de triglicéridos (2.5%), mono- y diagliceroles (6.8%) y ácidos grasos libres (8.2%). Las ceras esterificadas (18%) fueron detectadas sólo en los medios con hexadecano y en mayor proporción a nivel extracelular. Respecto al perfil de ácidos grasos, con pentadecano obtuvieron a los ácidos margárico (17.45%) y oléico (18.45%) como los más abundantes; con hexadecano el mayor porcentaje lo alcanzó el ácido palmítico (79.00%), y finalmente el ácido margárico (49.97%) fue el más abundante en los ensayos con heptadecano.

La relación entre el sustrato y el perfil de ácidos grasos sintetizados por especies del género Acinetobacter observadas por Makula et al. (1975), también fueron detectadas por Vachon et al. (1982) y Álvarez et al. (1997b). Vachon et al. (1982) estudió Acinetobacter lwoffii cultivada en medios con etanol y hexadecano. Con etanol predominó el ácido palmítico y con hexadecano el ác. palmítico y ác. palmitoléico.

Álvarez et al. (1997b) trabajaron con Pseudomonas sp. y Acinetobacter sp., especies psicrófilas aisladas de las costas del golfo de San Jorge (Patagonia, Argentina). Para los análisis de la síntesis de lípidos realizaron dos ensayos: en el primero expusieron a las especies de Pseudomonas y Acinetobacter a seis fuentes de carbono (gluconato, fructosa, acetato, octanoato, octanol y glicerol) y tres temperaturas (4 °C, 20 °C y 30 °C) en medios con limitación de nitrógeno. Posteriormente, el segundo ensayo se efectuó solo con Acinetobacter 211 por obtener en el primer ensayo la mayor cantidad de ceras esterificadas. Para este último análisis emplearon como fuentes de carbono el aceite de oliva, ácidos orgánicos (ácido acético, ácido propionico), alcanos (C14 a C18) y alcoholes

(etanol, tetradecanol y hexadecanol). En el primer ensayo, los principales lípidos sintetizados fueron ácidos polihidroxialcoanatos (PHA) y estuvieron influenciados significativa- y positivamente por la temperatura, principalmente con los 4 °C y 20

°C. En las especies del género Acinetobacter, el principal producto fue el ácido 3- hidroxibutírico (3HB), obtenido con acetato. Con Pseudomonas, el ácido 3- hidroxidecanoico (3HD) fue el más abundante (36.6 – 44.9% mol), excepto cuando se utilizó octanoato y acetato como fuentes de carbono, donde predominó el ácido 3-hidroxioctanoico (3HO) (69.4 – 83.6% mol). En el segundo ensayo observaron el predominio del ácido palmítico (32.7% - 89.3%) con acetato, etanol y hexadecanol, con el aceite de oliva fue el ácido palmitoléico (81.5%) y con heptadecano fue el ácido margárico. Estos resultados, permitieron confirmar la fuerte relación entre la fuente de carbono con el tipo y cantidad de ácido graso sintetizado y también demostraron la importancia que tiene la temperatura en la activación de las diferentes enzimas que participar en la síntesis de lípidos.

En el estudio de Olukoshi y Packter (1994), se analizó la acumulación de lípidos con cuatro especies de Streptomyces en medios nutritivos con una alta concentración de carbono y con tres niveles de nitrógeno (alta, baja y nula). La mayor cantidad de ácidos grasos en forma de TAG, se obtuvieron en el ensayos con un nivel nulo de nitrógeno (565 mg/gproteína) y los más bajos valores se

registraron en la pruebas con altos niveles de nitrógeno. De acuerdo a las fases de crecimiento, la mayor síntesis de TAG se observó en la fase estacionaria en la cual se detectó grandes cantidades de DAG aciltransferasa, enzima responsable de la síntesis de triglicéridos. Aunque este comportamiento fue común en todas las especies estudiadas, los autores observaron que la eficiencia en la toma de la fuente de carbono no fue igual, lo cual podría estar asociado con el origen de aislamiento de cada cepa.

Otro de los géneros bacterianos reportados como oleaginoso, es Pseudomonas aeruginosa cepa 44T1, que fue estudiada por De Andrés et al. (1991). En sus ensayos, se estudió el efecto de diferentes fuentes de carbono (glucosa, una mezcla de n-alcanos y aceite de oliva) sobre la formación de lípidos en forma de inclusiones intracelulares y la acumulación extracelular de ramnolípidos. Los resultaron mostraron que la mayor acumulación se obtuvo utilizando aceite de

oliva, alcanzando un 38% de su peso seco. De acuerdo al perfil de ácidos grasos, el ácido palmítico y los ácidos trans-oleicos fueron los más frecuentes y abundantes, mientras que el ácido araquidónico sólo se presentó en los ensayos con glucosa y la mezcla de n-alcanos.

Finalmente, el estudio de Dufreche et al. (2007), permitió observar, la habilidad de la comunidad de microorganismos de los lodos activados para utilizar solventes como fuente de carbono, logrando así vislumbrar su utilización para la producción de ácidos grasos a partir de los compuestos orgánicos encontrados en cuerpos de agua contaminados. Dufreche et al. (2007) extrajeron los lípidos presentes en los lodos activados de una planta de tratamiento de aguas residuales. El máximo porcentaje de lípidos recuperados fue del 21% (en biomasa seca), siendo predominantes el ácido palmítico (saturado, C16:0) y ácido linoléico (insaturado, C18:1). Estos resultados parecen indicar que entre la comunidad biológica que conforma a los lodos activados, es posible la existencia de microorganismos oleaginosos que pudieran ser dirigidos hacia la acumulación de lípidos a partir del agua residual.