Acumulación de metales pesados por protozoarios ciliados de vida libre y pedunculados
Accumulation of heavy metals by free-living and pedunculated ciliated protozoa
Autor(es): M. Baltazar-Quezada, S. García-Hernández, F. J. Martínez-Valdez y M. Quezada-Cruz
Fuente: Mexican Journal of Technology and Engineering, Vol. 3, No. 1, pp. 21-34.
DOI: https://doi.org/10.61767/mjte.003.1.2134
Resumen
El estudio se enfocó en determinar la capacidad que tiene el protozoario ciliado de vida libre Tetrahymenasp. y un consorcio de protozoarios ciliados pedunculados (Vorticella alpestris, Vorticella convallaria y Epistylis sp.) para acumular metales pesados. Se probaron tres medios de cultivo (trigo, avena, BE) para obtener el mejor crecimiento de Tetrahymena sp. El estudio se realizó en presencia de cuatro metales (cadmio, cobre, hierro y plomo) en una concentración de 50 mg/L, en presencia de dos fuentes de carbono diferentes, glucosa y el hidrolizado de la degradación de plumas de pollo. Los protozoarios se mantuvieron a 100 rpm, en oscuridad y a 19-24 °C. El mejor medio de cultivo para el crecimiento de Tetrahymena sp. fue el de trigo con una densidad de 3.55×104 protozoarios/100mL. Los protozoarios pedunculados identificados fueron Vorticella alpestris, Vorticella convallaria y Epistylis sp. En el caso de Tetrahymena sp. se observó un bajo porcentaje de acumulación de metales (7.15+/-3.87 y 6.84+/-2.50). Los protozoarios pedunculados tuvieron la capacidad acumular Co>Cd>Fe>Pb en presencia de glucosa y Cd>Pb>Co>Fe en presencia de hidrolizado de la degradación de plumas de pollo. La acumulación de los metales pesados fue factible, de tal manera que la máxima cantidad de metal acumulado fue de 48.25+/-3.66 % por el consorcio de protozoarios peritricos en presencia de cadmio con el hidrolizado como fuente de carbono.
Palabras clave: metales pesados, Tetrahymena sp., Vorticella alpestris, Vorticella convallaria, Epistylis sp.
Abstract
The study aimed to determine the capacity of the free-living ciliated protozoan Tetrahymena sp. and a consortium of pedunculated ciliated protozoa (Vorticella alpestris, Vorticella convallaria, and Epistylissp.) to accumulate heavy metals. Three culture media (wheat, oat, BE) were tested to obtain the best growth of Tetrahymenasp. The study was conducted in the presence of four metals (cadmium, copper, iron, and lead) at a concentration of 50 mg/L, with two different carbon sources, glucose, and hydrolyzate chicken feather degradation. The protozoa were maintained at 100 rpm, in darkness, and at 19-24 °C. The best culture medium for Tetrahymena sp. growth was wheat with a density of 3.55×104 protozoa/100mL. The pedunculated ciliated protozoa identified were Vorticella alpestris, Vorticella convallaria, and Epistylis sp. Tetrahymena sp. showed a low percentage of metal accumulation (7.15+/-3.87 and 6.84+/-2.50). The pedunculated ciliated protozoa could accumulate Co>Cd>Fe>Pb in the presence of glucose and Cd>Pb>Co>Fe in the presence of hydrolyzate chicken feather degradation. Accumulation of heavy metals was feasible, with the maximum amount of accumulated metal being 48.25+/-3.66% by the peritrichous protozoa consortium in the presence of cadmium with hydrolyzed feathers as a carbon source.
Keywords: Heavy metals, Tetrahymena sp., Vorticella alpestris, Vorticella convallaria, Epistylis sp.
Referencias
Akport OB, Momba NBM, Okkonkwo JO. The effects of pH and temperature on phosphate and nitrate uptake by wastewater protozoa. Afr. J. Biotechnol. 2008; 7(13): 2221-2226. http://www.academicjournals.org/AJB
American Public Health Association, American Water Works Association & Water Environment Federation. 2022. Standard methods for the examination of water and wastewater. 24th Edition. American Public Health Association. Washington D.C, US. https://doi.org/10.2105/AJPH.51.6.940-a
Bundschuh, M., Filser, J., Lüderwald, S., McKee, M., Metreveli, G., Schaumann, G., Schulz, R., Wagner, E. (2018). Nanopartículas en el medio ambiente: ¿de dónde venimos, hacia dónde vamos?. Environmental Sciences Europe. 30(6):1-17. https://doi.org/10.1186/s12302-018-0132-6
Brutti L., Beltrán M. y García de Salamone (2018) Biorremediación de los recursos naturales. Ed. 1ª. Ediciones INTA Instituto de Suelos, Centro de Investigación de Recursos Naturales Hurlingham, Buenos Aires, Argentina. pp. 68-78, 386-389.
Castro, E. F. L. & Marín, L. J. C. (2022). Ecotoxicological effect of heavy metals in free-living ciliate protozoa of Lake Maracaibo, Venezuela. Journal of water and development. 101-116. https://www.researchgate.net/publication/357888561
Chiellini C, Guglielminetti L, Pistelli L, Ciurli A. Screening of trace metal elements for pollution tolerance of freshwater and marine microalgal strains: Overview and perspectives. Algal Res. 2020; 45: 101-751. http://doi:10.1016/j.algal.2019.101751
Covarrubias A, Peña CJ. Contaminación ambiental por metales pesados en México: Problemática y estrategias de fitorremediación. Rev. Int. de Contam. 2017; 33(1): 7-21. https://doi.org/10.20937/rica.2017.33.esp01.01
Delgadillo- López AE, González-Ramírez CA, Prieto-García F, Villagómez-Ibarra JR, Acevedo-Sandoval O. Fitorremediación: una alternativa para eliminar la contaminación. Tropical and Subtropical Agroecosystems. 2011; 14: 597-612. http://www.scielo.org.mx/pdf/tsa/v14n2/v14n2a2.pdf
Díaz, S., Martín-González, A., & Carlos Gutiérrez, J. (2006). Evaluation of heavy metal acute toxicity and bioaccumulation in soil ciliated protozoa. Environment International. 32(6):711–717. http://doi.10.1016/j.envint.2006.03.004
Fried J., Ludwig W., Psenner R. and Schleifer K. H. (2002). Improvement of Ciliate Identification and Quantification: a New Protocol for Fluorescence In Situ Hybridization (FISH) in Combination with Silver Stain Techniques. System. Applied Microbiology. 25:555-571. http://www.urbanfischer.de/journals/sam
García-García J. D., Sánchez-Thomas R., Moreno-Sánchez R. (2016). Bio-recovery of non-essential heavy metals by intra- and extracelular mechanisms in free-living microorganisms. Biotechnology Advances 34:859–873. http://dx.doi.org/10.1016/j.biotechadv.2016.05.003
Hernández, A., Plana, R., Martín, G y Santander, J. (2002) Estudio de algunos géneros microbianos asociados a diferentes variedades de trigo (Triticum aestivum L.) en el suelo ferralítico rojo” en Cultivos tropicales. 23 2):15-20. https://www.redalyc.org/pdf/1932/193218114003.pdf
Isac L., Rodriguez E., Salas L., Fernández N. (2008). Atlas of protists and metazoans present in activated sludge. Presentado en: Jornada Internacional de Tratamiento y Reutilización en Aguas Residuales. Grupo Bioindicación Sevilla. Sevilla, España. pp. 176. https://www.researchgate.net/publication/234842687_Atlas_de_protistas_y_metazoos_presentes_en_fangos_activos
Jacobsen de Florín, M.O. (1988) Exoenzimas en Tetrahymena. Tesis para obtener el grado de Doctor en Ciencias Biológicas. Centro de Estudios Parasitológicos y de Vectores, Universidad Nacional de La Plata. Buenos Aires. Argentina. pp. 85. https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n2511_JacobsendeFlorinChristensen.pdf
Juárez-Rebollar, Méndez-Armenta, M. (2014). Aspectos funcionales de la metalotioneina en el sistema nervioso central. Archivos de neurociencias. 19(1):34-41. https://doi.org/10.31157/an.v19i1.28
Kamika I. and Momba M. NB. (2013). Assesing the resistance and bioremediation ability of selected bacterial and protozoan especies ti heavy metals in metal-rich industrial wastewater. BMC Microbiology. 13(28):1-14. http://www.biomedcentral.com/1471-2180/13/28
Kamika, I., & Momba, M. N. B. (2015). Effect of nickel on nutrient removal by selected indigenous protozoan species in wastewater systems. Saudi Journal of Biological Sciences. 22(2):147–156. https://doi:10.1016/j.sjbs.2014.09.010
Khatiwada, B., Hasan, M., Sun, A., Kamath, K., Mirzaei, M., Sunna, A. y Nevalainen, H. (2020). Proteomic response of Euglena gracilis to heavy metal exposure–Identification of key proteins involved in heavy metal tolerance and accumulation. Algal Research 45:. https://doi.org/10.1016/j.algal.2019.101764
Kumar S., Stecher G., Tamura K. (2016). MEGA7: Molecular Evolutionary Genetics Analysis Version 7.0 for Bigger Datasets. Molecular Biology Evolution. 33(7):1870-1874. Liu, C., Qu, G., Cao, M., Liang, Y., Hu, L., Shi, J., … Jiang, G. (2017). Distinct toxicological characteristics and mechanisms of Hg 2+ and MeHg in Tetrahymena under low concentration exposure. Aquatic Toxicology, 193, 152–159. http://doi:10.1016/j.aquatox.2017.10.01410.1016/j.aquatox.2017.10.014
Liu, C., Qu, G., Cao, M., Liang, Y., Hu, L., Shi, J., Cai, J. and Jiang, G. (2017). Distinct toxicological characteristics and mechanisms of Hg 2+ and MeHg in Tetrahymena under low concentration exposure. Aquatic Toxicology, 193, 152–159. http://doi:10.1016/j.aquatox.2017.10.01410.1016/j.aquatox.2017.10.014
Martín-González, A., Díaz, S., Borniquel, S., Gallego, A., Gutiérrez, J.C. (2006) Cytotoxicity and bioaccumulation of heavy metals by ciliated protozoa isolated from urban wastewater treatment plants. Research in Microbiolog. 157(72). https://doi.org/10.1016/j.resmic.2005.06.005
Maurya, R., & Pandey, A. K. (2020). Importance of protozoa Tetrahymena in toxicological studies: A review. Science of The Total Environment, 741, 140058. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.140058
Marín, J. C., Rincón, N., Diaz-Borrego, L., Morales, E. (2017). Cultivo de protozoarios ciliados de vida libre a partir de muestras de agua del Lago de Maracaibo. Impacto Científico. 12(1):157-170. https://biblat.unam.mx/hevila/Impactocientifico/2017/vol12/no1/11.pdf
Mojiri, A. (2011). The Potential of Corn (Zea mays) for Phytoremediation of Soil. Contaminated with Cadmium and Lead. Journal of Biology Environmental Science. 5(13):17-22. https://uludag.edu.tr/dosyalar/jbes/13/mak04.pdf
Moreno, T., R., Téllez, J., Monroy, M. G. (2012). Influencia de los minerales de los jales en la bioaccesibilidad de arsénico, plomo, zinc y cadmio en el Distrito Minero Zimapán, México. Revista Internacional De Contaminación Ambiental. 28(3): 203-218. https://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0188-49992012000300003
Mortimer M., Kasemets K., Khru A. (2010). Toxicity of ZnO and CuO nanoparticles to ciliated protozoa Tetrahymena thermophile. Toxicology. 269:182–189. http://doi:10.1016/j.tox.2009.07.007
Mosquera E., Rosas N., Debut A., Guerrero V.H. (2015). Síntesis y aracterización de nanopartículas de dióxido de titanio obtenidas por el método de Sol-Gel. 36(3):1-7. https://www.researchgate.net/publication/283266714_Sintesis_y_Caracterizacion_de_Nanoparticulas_de_Dioxido_de_Titanio_Obtenidas_por_el_Metodo_de_Sol-Gel
Munive. C. R., Gamarra S. G., Munive Y. Y., Puertas, R. F., Valdiviezo G. L., Cabello T. R. (2020). Lead and cadmium uptake by sunflower from co., Lorgio ntaminated soil and remediated with organic amendments in the form of compost and vermicompost. Scientia Agropecuaria. 11(2): 177–186. http://revistas.unitru.edu.pe/index.php/scientiaagrop
Nublast A. D., Sánchez G. M. L., MONTES M. G., Cid N. C., Nudel C. B. (2017). Revista Farmacéutica. 159(2):16-31. https://www.anfyb.com.ar/wp-content/uploads/2016/07/REVISTA-159-2-2017-Internet.pdf
Oriji O. U., Awoke J. N., Aja P. M., Aloke C., Obasi O. D., Alum E. U., Udum-Ibiam O. E. (2021). Halotolerant and metalotolerant bacteria strains with heavy metals biorestoration possibilities isolated from Uburu Salt Lake, Southeastern, Nigeri. Heliyon. 7(e07512):1-8. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e07512
Pahua-Ramos M. E., Hernández-Melchor D. J., Camacho-Pérez B., (2017). Galicia-García P.R., Cerón-Montes G. I. Degradation of chicken feathers by co-culture of Alcaligenes and Brevundimonas. BioTechnology: An Indian Journal. 3(6):1-11. http://www.tsijournals.com/journals/archive/tsbt-volume-13-issue-6-year-2017.html
Rivas-Castillo A. M., García-Barrera A. A., Garrido-Hernández A., Martínez-Valdez F. J., Cruz-Romero M. S. y Quezada-Cruz. (2022). Peritrichous Protozoa in a Tezontle-Packed Sequencing Batch Reactor as Potential Indicators of Water Quality. Polish Journal of Microbiology. 71(4): 539-551. https://doi.org/10.33073/pjm-2022-049
Rodriguez H. MsC. D. (2017). Occupational poisoning due to heavy metals. MEDISAN. 21(12):3372. https://www.researchgate.net/publication/331013618_Occupational_poisoning_due_to_heavy_metals
Tyagi, V., Bhatia, A., Gaur, R., Ali, M., Khan, A., Khursheed, A., y Kazmi, A. (2012). Effects of multi-metal toxicity on the performance of sewage treatment system during the festival of colors (Holi) in India. Environmental Monitoring and Assessment. 184(12):7517-29. https://pesquisa.bvsalud.org/gim/resource/en/mdl-22270594
Yanshuang, Y., Yuan-Ping, L., Kexin, R., Xiuli, H., Chi Fru, E., Rønn, R., Rivera, W., Becker, K., Feng, R., Yang, J., Rensing, C. (2023). A brief history of metal recruitment in protozoan predation. Trends in Microbiology. https://doi.org/10.1016/j.tim.2023.11.008
Wang, R., Zhu, Z., Cheng, W., Chang, C., Song, X., & Huang, F. (2023). Cadmium accumulation and isotope fractionation in typical protozoa tetrahymena: A New Perspective on Remediation of CD Pollution in Wastewater. Journal of Hazardous Materials. 454(131517):1-9. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.131517
Warren, A., & Esteban, G. F. (2019). Protozoa. Thorp and Covich’s Freshwater Invertebrates, Fourth Edition. Elsevier Inc. 9–42. http://doi.org//10.1016/b978-0-12-385024-9.00002-2
Wei Y., Zhao Y., Zhao S., Gao X., Zhengb Y., Zuob H., Weia Z. (2019). Roles of different humin and heavy-metal resistant bacteria from composting on heavy metal removal. Bioresource Technology. 1-36. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.122375
Zou X.-Y., Xu B., Chang-Ping Y., Zhang H.-W. (2013). Combined toxicity of ferroferric oxide nanoparticles and arsenic to the ciliated protozoa Tetrahymena Pyriformis. Aquatic Toxicology. 134-135:66–73. https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2013.03.006