APLICACIÓN DEL MODELO DE MONOD

Un modelo de bases mecanicisticas que explica el crecimiento microbiano en condiciones de sustrato limitante es la ampliamente conocida ecuación de Monod.

La ecuación describe la relación entre la concentración de un nutriente limitante y la velocidad específica de crecimiento de una población de microorganismos según

donde,

S= concentración del sustrato limitante

velocidad específica máxima de crecimiento

constante de afinidad por sustrato (igual a la concentración del sustrato limitante cuando el sistema alcanza la mitad de la velocidad máxima de crecimiento, Mm0x/2)

La principal ventaja de la ecuación de Monod sobre la logística es que explica el paulatino descenso de la población microbiana en respuesta a la disminución de la concentración del sustrato limitante.

La velocidad de crecimiento microbiano se relaciona con la concentración de sustrato mediante la misma función por la cual la actividad de una enzima se relaciona con la concentración de su sustrato específico.

Capítulo V Dinámica de la biorremediación

más lento, que es frecuentemente el transporte del sustrato a través de la membrana bacteriana catalizado por un determinado carrier. Entonces el crecimiento depende del aporte

del sustrato siguiendo una curva de saturación, con Km como la constante de saturación del sustrato.

A pesar de que la ecuación de Monod es análoga a la descripta por Michaelis-Menten, el significado de los parámetros Ks y Km es diferente.

Mientras Michaelis-Menten describe un proceso catalizado por una enzima, la cinética de Monod describe procesos de naturaleza más compleja, en donde varios sistemas enzimáticos están involucrados (Egli, 1995).

Con la intención de evaluar la aplicabilidad de la ecuación de Monod al sistema complejo tierra- residuo, se aplica la función a los datos de velocidad específica de crecimiento (p estimada por el modelo de Gompertz) en función de la concentración inicial del residuo expresada como HTCG, Figura V-40.

0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5

Concentración inicial de residuo (g/100g)

Figura V-40: Efecto de la concentración inicial de residuo sobre la velocidad específica de crecimiento (p) de las poblaciones BH y BDHC en los sistemas tierra-residuo. Concentración expresada como hidrocarburos cromatografiables. Ajuste según el modelo de Monod.

CapítuloV Dinámicade la biorremediación

residuo y que ambas poblaciones desarrollan inicialmente a expensas de los hidrocarburos del residuo se realizarán los ajustes en función de esta fracción.

De la Figura V-40 puede inferirse que la ecuación de Monod describe aceptablemente la relación entre la u de la población BH y la concentración inicial de hidrocarburo en los sistemas API-1,25%; API-2,5%; API-5% y API-10%.

En el caso de la población BDHC el modelo pareciera describir el comportamiento solo a bajas concentraciones de hidrocarburos

La Tabla V-9 muestra los parámetros estimados mediante el modelo de Monod: el valor máximo de velocidad específica de crecimiento (pmax) de las poblaciones microbianas a expensas del residuo y la constante media de saturación del sistema (Ks).

Puede apreciarse que la umáx de la población BDHC es aproximadamente el doble que la umáx de la población BH.

Los valores estimados de Ks, indicarían que la población BDHC tiene una mayor afinidad por su sustrato específico que la población BH. Aunque el Ks de la población BDHC no resulta confiable debido al alto valor de desvío standard obtenido.

Tabla V-9: Velocidad específica máxima de crecimiento y constante de afinidad por el

sustrato de las poblaciones BH y BDHC, estimadas mediante la ecuación de Monod. Poblaciones ¡j^+sd (1/día) Ks ±sd (mg HTCG/g)

BH 0,161 (±0,018) 0,506 (±0,248)

BDHC 0,309 (±0,058) 0,292 (±0,336)

Esta imprecisión en la estimación de la constante de afinidad de la población BDHC puede atribuirse en parte, a la influencia que ejerce la compleja matriz de suelo sobre la biodisponibilidad del residuo.

Dicha influencia se fundamenta en la naturaleza de las interacciones de los diferentes constituyentes del residuo con la matriz del suelo. La adsorción de los diferentes constituyentes a las partículas orgánicas o inorgánicas del suelo tenderían a disminuir el flujo de las moléculas del sustrato hacia las células microbianas, dificultando a los microorganismos alcanzar los valores aparentes de Ks. También existiría una disminución en la velocidad de difusión de los contaminantes en el suelo debido a la mayor distancia que debe cubrir el sustrato en este ambiente (Schmidt, 1992).

Capítulo V Dinámica de la biorremediación

desarrollo de las poblaciones a su velocidad máxima, A concentraciones mayores al 5%, si bien existe una respuesta positiva de la población, ésta no sigue un patrón de saturación por el sustrato. De lo que podría inferirse que las sustancias no asimilables comienzan a competir por los sitios receptores en la célula resultando en una inhibición de la velocidad de crecimiento, como se aprecia en el menor valor de u determinado de la cinética de crecimiento de la población BDHC del sistema API-10%,

En el estudio de la dinámica de poblaciones microbianas que degradan compuestos tóxicos en suelo fue observada la variación de valores estimados de y con la concentración de sustrato agregado al suelo (Schmidt y Gier, 1992), Dicho comportamiento fue atribuido a la existencia de más de una población con diferentes afinidades por el sustrato y Schmidt, 1992, lo explica a través una población microbiana con múltiples sistemas de captura o diferentes rutas metabólicas para un dado sustrato.

En el campo de la ecología microbiana la cinética de Monod, originalmente derivada a partir de experimentos con cultivos puros y sustratos simples, frecuentemente se aplica para describir el comportamiento de cultivos mixtos indefinidos creciendo a partir de sustratos simples o mezclas complejas de sustratos (Egli, 1995).

En este marco, los parámetros de crecimiento estimados Ks y representan los valores promedio entre las diferentes poblaciones de la comunidad. De esta forma, las constantes estimadas reflejan el crecimiento de una comunidad microbiana en un sistema multisustrato. Aplicando este concepto a la dinámica de las poblaciones durante el proceso de

biorremediación, tu y K« no serían constantes durante el tratamiento, sino que variarán con el tiempo dependiendo de la composición de la biocenosis y el estado fisiológico de los cultivos responsables del crecimiento y consumo de sustratos (Kovárová-Kovar y Egli, 1998).

Capítulo V Dinámicade la biorremediación

V37 ESTIMACIÓN del efecto de inhibición del residuo sobre la