Estudio de la función de bacterias filamentosas del filo Chloroflexota en sistemas de tratamiento de aguas residuales

Abstract

En Uruguay, la intensificación agroindustrial y los desafíos en la gestión de las aguas hacen necesario optimizar los sistemas de tratamiento de aguas residuales. En particular, los sistemas de lodos activados son de los más utilizados en el país y en el mundo pero se conoce poco de la microbiología de estos sistemas que operan en nuestro país. Si bien son sistemas muy robustos en algunas ocasiones presentan problemas de operación, conocer la microbiología de estos sistemas permite buscar soluciones a estos problemas y evitar pérdidas económicas y problemas ambientales. Los organismos del filo Chloroflexota se encuentran frecuentemente en los sistemas de tratamiento de aguas residuales biológicas tanto aerobios como anaerobios, pero aún se conoce poco sobre el rol que cumplen en estos sistemas. Se postula que tienen un rol fundamental en dos aspectos: degradan la materia orgánica compleja debido a su capacidad hidrolítica y son fundamentales en la formación y mantenimiento de los flóculos debido a su morfología filamentosa. Por otro lado, se ha postulado que también son responsables de problemas de mala sedimentación de los lodos, pero no se conoce las causas que lo provocan. Esta tesis se desarrolló en el marco del proyecto FCE_1_2021_1_166934 realizado en colaboración entre el Laboratorio de Ecología Microbiana (LEM) del IIBCE y el Laboratorio de Microbiología Ambiental y Biotecnología (LabMAB) del Instituto Tecnológico Regional Centro Sur (ITRCS) de la UTEC con el objetivo de caracterizar la diversidad, abundancia y función del filo Chloroflexota en plantas de tratamiento de aguas residuales de lodos activados en Uruguay. En este trabajo se aplicaron técnicas de biología molecular como qPCR, secuenciación masiva del gen ARNr de 16S y técnicas de hibridación in situ fluorescente (FISH), para analizar muestras recolectadas de 11 plantas de tratamiento de aguas residuales de cinco tipos de industrias: celulosa, frigorífica, maltería, mermeladas, vitivinícola y de tratamiento de efluentes domésticos. Para determinar si la abundancia de los microorganismos del filo Chloroflexota se correlaciona con los problemas de sedimentación, se seleccionaron plantas de tratamiento de aguas residuales con y sin reportes de problemas de sedimentabilidad. Para evaluar si hay una selección de diferentes grupos de microorganismos dependiendo del tipo de industria de donde provienen las muestras. Los resultados de qPCR revelaron que estos microorganismos son abundantes en todas las plantas de tratamiento analizadas, con concentraciones que oscilan entre 2,02E+02 y 7,00E+04 copias/ng de ADN total. Los niveles más bajos se detectaron en una muestra proveniente de una planta de la industria frigorífica, mientras que los valores más altos correspondieron a una planta de tratamiento de efluentes de la industria de celulosa. Estos valores son comparables a los reportados en la literatura para sistemas de lodos activados, aunque muy inferiores a los detectados en reactores metanogénicos de gránulos. El análisis de comunidades mediante secuenciación del gen del ARNr 16S mostró la presencia del filo Chloroflexota en todas las plantas, con una abundancia relativa que varió entre 1,8 % y 39,7 %, predominando la clase Anaerolineae. A nivel de género, se identificaron géneros específicos dependiendo de la planta y del tipo de agua residual tratada; la mayoría de estos géneros no cuentan con representantes cultivados, aunque han sido detectados en sistemas de tratamiento de aguas residuales, lo que evidencia un considerable desconocimiento sobre estos microorganismos. El análisis multivariado mediante PCoA mostró un agrupamiento de las muestras según la planta de tratamiento y el tipo de efluente tratado, tanto para la comunidad microbiana total como para los microorganismos del filo Chloroflexota, indicando una fuerte selección en función del origen del efluente. Sin embargo, no se encontró una relación entre la abundancia del filo Chloroflexota y la baja calidad de sedimentación de los lodos, lo que sugiere que estos microorganismos no son responsables directos de los problemas de sedimentación observados. Además, mediante técnicas de FISH, se pudo visualizar la morfología filamentosa de estos microorganismos en varias muestras, lo que indica un papel potencialmente importante en la formación de flóculos biológicos. En conclusión, este estudio aporta información valiosa sobre la presencia y diversidad de los microorganismos del filo Chloroflexota en las plantas de tratamiento de aguas residuales del país, destacando su potencial papel en estos sistemas y resaltando la necesidad de futuras investigaciones para comprender mejor su función y impacto en la sedimentación y eficiencia de los procesos.