INTERACCIONES MICROBIANAS CON EL CROMATO

Las bacterias y los hongos son organismos que poseen propiedades fundamentales como bioconvertidores y juegan un papel importante en los ciclos geoquímicos de los metales (Ehrlich, 1997). La influencia negativa de la acumulación del cromo sobre las poblaciones de microorganismos del suelo ha sido ampliamente descrita, así como la consecuente aparición de poblaciones de organismos adaptados (resistentes) al ambiente hostil (Cervantes et al., 2008).

Las células microbianas interaccionan con el cromato a diferentes niveles, desde la pared celular, el periplasma y la membrana plasmática, hasta el citoplasma y los organelos celulares (en el caso de los hongos). Los microorganismos requieren detectar y regular los niveles intracelulares de cromato a través de sistemas de homeostasis que mantienen un balance entre la incorporación, expulsión y atrapamiento del ión.

Es común que los microorganismos nativos de sitios contaminados con cromato muestren resistencia al ión, debido a que poseen mecanismos activos o

pasivos que les permiten removerlo o destoxificarlo. En ciertas especies se conocen con detalle dichos mecanismos, algunos de los cuales son de interés básico y de importancia biotecnológica, esto último en el contexto del desarrollo de nuevas tecnologías para el tratamiento de efluentes industriales y para la Biorremediación de sitios contaminados. De manera general dichos mecanismos comprenden: Los sistemas de transporte e incorporación (bioacumulación); la interacción y unión con componentes de la superficie celular (biosorción); y la transformación química (reducción).

4.3.2.1 Transporte y acumulación de cromo (bioacumulación)

La incorporación de cromato a través del transportador de sulfato ha sido demostrada en varios tipos de bacterias como Salmonella Typhimurium, Escherichia coli, Pseudomonas fluorescens y Alcaligenes eutrophus; la alteración en la función de dicho transportador causa el fenotipo de resistencia a cromato (Cervantes et al., 2008). Adicionalmente, en algunos géneros de bacterias se ha descrito la existencia de determinantes genéticos de resistencia a cromato presentes en plásmidos, los cuales codifican transportadores de membrana que dirigen el flujo de iones cromato del citoplasma de la célula al exterior. Ejemplo de esto lo constituye la proteína ChrA de Pseudomonas aeruginosa y de Cupriavidus metallidurans, la cual funciona como una bomba expulsora de cromato (Cervantes y Campos, 2007; Ramirez et al., 2008). Se ha indicado que las proteínas ChrA forman parte de la superfamilia de transportadores CHR, probablemente implicadas en el transporte de sulfato y cromato (Nies et al., 1998). Las bases de datos de la familia de proteínas CHR actualmente incluyen 135 secuencias de homólogos,

incluyendo proteínas de origen eucariótico, entre ellas de algunos hongos filamentosos (Cervantes y Campos, 2007); con la excepción de las proteínas de P. aeruginosa y C. metallidurans, la función de otras proteinas CHR homólogas no ha sido analizada en detalle.

En el caso de los hongos, se ha descrito que en levaduras el Cr (VI) puede incorporarse a las células por un transportador aniónico no específico, un sistema de permeasas que transporta diferentes aniones como sulfatos y fosfatos. Evidencia adicional en este sentido se obtuvo por la observación de que algunos mutantes resistentes a cromato de hongos filamentosos y levaduras mostraron una dramática disminución en el transporte de sulfato (Cervantes et al., 2008). Como se mencionó líneas arriba, recientemente se ha indicado (Cervantes y Campos, 2007) que en el genoma de algunos hongos filamentosos existen genes codificantes de proteínas CHR, cuya función no ha sido analizada experimentalmente.

4.3.2.2 Interacción y unión con componentes de la superficie celular (Biosorción)

Debido a su naturaleza de oxianión, el Cr (VI) no es atrapado por los componentes aniónicos de las envolturas bacterianas (Holan y Volesky, 1995); sin embargo, derivados catiónicos de Cr (III) se unen fuertemente con lipopolisacáridos de Salmonella, con paredes celulares de Bacillus subtilis y Escherichia coli y con polímeros capsulares de Bacillus licheniformis (Cervantes et al., 2008). En el caso de los hongos, también se ha descrito el atrapamiento del cromo en la superficie

celular, como resultado de su unión con componentes de la pared celular, como quitina y quitosana (Cervantes et al., 2008).

En los casos mencionados, la unión del cromo a la superficie microbiana ocurre de un modo independiente de energía, de manera similar a lo descrito con otros metales y se le ha denominado biosorción (Cervantes et al., 2008).

4.3.2.3 Transformación Química (Reducción)

Un amplio rango de bacterias ha sido identificado como capaz de llevar a cabo la reducción completa de Cr(VI) a Cr(III), por reacciones de oxidación – reducción de naturaleza biótica o abiótica (Ramírez et al., 2008). Este proceso puede ser considerado como un mecanismo adicional de resistencia a cromato en bacterias, el cual no es usualmente codificado en plásmidos (Cervantes et al., 2008). Se han descrito tres mecanismos de reducción de Cr (VI) (Ramírez et al. 2008): i) En condiciones aeróbicas, la reducción de Cr (VI) ha sido asociada con cromato reductasas que usan NADH o NADPH como cofactores. ii) En la reducción en condiciones de anaerobiosis, el Cr (VI) es usado como aceptor de electrones en la cadena transportadora de electrones; iii) La reducción puede también llevarse a cabo por reacciones químicas asociadas con compuestos como aminoácidos, nucleótidos, azúcares, vitaminas, ácidos orgánicos o glutatión.

Asociados a las raíces de macrófitas acuáticas pueden encontrarse microorganismos que reducen el Cromo (VI) a cromo III es decir lo hace inocuo. Se

ha sugerido que esta reducción es un mecanismo de resistencia adicional al cromato codificado en el material genético.

Algunas bacterias tienen la capacidad de reducir Cr (VI) en aerobiosis, por ejemplo: P. putida, P. ambigua, E. coli, Bacillus sp, P. fuorescens, Enterobacter cloacae, descrita como resistente al cromato, es el ejemplo más estudiado de bacteria que reduce el Cr (VI). Bacillus sp. QC1-2, especie aislada en zonas contaminadas con Cr, tiene la capacidad de ser tolerante al cromato y de reducir el Cr (VI) a Cr (III). Se han identificado bacterias, como Pseudomonas ambigua G1, de las cuales se ha purificado la Cr reductasa NADPH-dependiente, la cual es la responsable de la reducción de Cr (VI) a Cr (III) (Cervantes et al., 2008).