Análisis Metagenómicos De Drenajes ácidos De Minas Y Estudio De Metabolismos Presentes Para La Elaboración Preliminar De Un Medio De Cultivo General Para Organismos Lixiviantes

Introducción

Chile es un país con una alta actividad minera, es el primer productor de cobre del mundo, su empresa estatal CODELCO cuenta con una producción de 1.796.000 toneladas en 2011 y posee las mayores reservas de cobre del mundo con 133 millones de toneladas de cobre fino, de las cuales 61 millones están en reserva, esto permitiría prolongar las explotaciones por alrededor de 65 años (CODELCO, 2011), las producciones de esta industria representan más del 20% del PIB de Chile. Es por esto que Chile, ha comenzado a innovar en los sistemas de obtención de cobre, buscando la manera de recuperar una mayor cantidad de este mineral, en especial de los minerales de baja ley, ya sea estudiando la manera de obtener mayor eficiencia en la obtención, como también aprovechando algunos residuos que quedan y que no son tratables por el método convencional de lixiviación (química), para lo cual se utiliza la biolixiviación. En 2011 se puso en marcha la primera Planta Industrial de Biomasa en la División Radomiro Tomic, lo que permitirá la generación de los microrganismos necesarios para los procesos de biolixiviación. (CODELCO, 2011). Otras mineras transnacionales también tiene una alta actividad minera, y en conjunto con CODELCO, cerca del 20% de su producción sería por biolixiviación y va en aumento, por lo que se convertiría en una gran fuente de trabajo y en un nicho de investigación en el futuro, para el desarrollo de la región y el país.

El proceso de Biolixiviación, es realizado generalmente mediante el uso de microrganismos, especialmente acidófilos quimiolitoautótrofos, generalmente asociados en consorcios microbianos, los cuales son capaces de oxidar hierro y azufre en procesos industriales para lograr obtener metales como cobre, oro o uranio desde los minerales. Los metales sulfurados generalmente insolubles, son oxidados a sulfatos consiguiendo la solubilización del mineral por acción química del ion férrico, en este caso, el principal rol de los microorganismos es la reoxidación de estos iones generados para obtener hierro (III) (Levicán et al, 2008).

Una de las ventajas de la biominería es que no genera contaminación gaseosa, al no producir dióxido de azufre, porque la reacción no es solamente química, sino que la ejecuta el consorcio lixiviante, no obstante, aun así sigue siendo contaminante al generar como deshecho ácido sulfúrico y otros compuestos tóxicos.

Los organismos que realizan este proceso son variados y generalmente habitan en los drenajes ácidos de minas y zonas acidófilas. Hay variados génreos de microorganismos que se encuentran en estos ambientes, los más estudiados son Acidithiobacillus, entre los cuales se encuentra A. ferrooxidans, A. thiooxidans, las cuales son mesófilas y A. caldus, la cual es moderadamente termófila, todas son de la clase gamma-proteobacteria y son gram negativas. Otro género recientemente estudiado y que conforman los consorcios microbianos es Leptospirillum. También se han descrito algunas gram positivas pertenecientes a los géneros Acidimicrobium, Ferromicrobium y Sulfobacillus. También se han descrito arqueas como Sulfolobus, Acidianus, Metallosphaera y Sulfurisphaera. Se ha logrado cultivar algunas arqueas mesófilas, oxidadoras del hierro, pertenecientes al orden Termoplasmatales como Ferroplasma acidiphilium y F. acidarmanus (Donati y Sand, 2007).

De todos los microorganismos antes mencionados, el más estudiado ha sido A. ferrooxidans, la cual es una es una bacteria quimiolitoautótrofa, esta, obtiene su energía desde la oxidación del ion ferroso (Fe+2), azufre elemental (S°) o compuestos sulfurados parcialmente oxidados, es considerado como el organismo modelo para las investigaciones en este campo (Valdés et al, 2008; Esparza et al, 2010).

La búsqueda en los genomas de genes que pertenezcan a importantes rutas metabólicas y a variadas funciones fisiológicas de los microorganismos lixiviantes en un ambiente, se puede realizar por medio de la metagenómica, de esta forma puede realizar la predicción de las funciones de muchos de estos genes nuevos. En efecto, uno de los principales focos de investigación en este ámbito, es en el estudio del metabolismo energético de los microorganismos, el cual es el directo responsable de la biolixiviación (Tyson et al, 2004). Algunos investigadores usan el método “chromosome walking” para encontrar genes involucrados en metabolismos del fosfato, hierro y sulfuros, además de genes relacionados con quorum sensing, de esta manera van “paso a paso” buscando los genes, cuando no se conocen las secuencias pero no si el gen ha sido clonado. Para potenciar estos análisis, se estudian los contextos génicos de algunas especies pudiendo proponer y/o encontrar la función de algunos microrganismos de un metagenoma, en función de sus genes (Valenzuela et al, 2005).

Algunos genes involucrados en los metabolismos señalados anteriormente, se han relacionado con enzimas tiosulfatos sulforotransferasas, cuya expresión génica es regulada dependiendo del crecimiento del organismo y del sustrato disponible, y están probablemente relacionados al metabolismo de la oxidación de sulfuros, en la formación de Hierro o Azufre o incluso en mecanismos de detoxificación. Se han encontrado clusters de cinco genes involucrados en la formación de exopolisacáridos (EPS), en A. ferrooxidans, los que se relacionan directamente con la formación de biopelículas, en esta misma línea, hay rutas que intervienen en la sulfatación de metabolitos extracelulares que pueden posiblemente estar involucrados en la adherencia a la pirita, sulfuros y otros sustratos gracias a la acción de los EPS. Además se detectó que para la formación del pilus se requieren algunos genes como pilA-D, pilS y pilR. Otros genes estudiados se han relacionado directamente con el proceso de quorum sensing, llamados afeI y afeR, los cuales hacen que A. ferrooxidans forme biofilms. Existen once genes involucrados en la oxidación de hierro, que codifican para proteínas putativas del citocromo C, este citocromo es periplasmático y esta involucrado en el transporte de las moléculas hasta el aceptor final, que es el oxígeno, para que se produzca la oxidación. Estos estudios, han permitido algunos modelamientos metabólicos, los que proveen un importante paso preliminar en el entendimiento de la fisiología de estos microorganismos, especialmente por la dificultad en la manipulación genética y análisis bioquímicos (Valenzuela et al, 2005).

Todos estos genes señalados, sirven como referencia para el estudio de los metagenomas, para conocer cuales son los genes que están presentes en un ambiente con respecto a un organismo modelo y con ello, conocer e identificar que procesos metabólicos están llevando a cabo

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