Enzimas ligninolíticas y su rol en la degradación de pesticidas

Leticia Pizzul1, María del Pilar Castillo2 y John Stenström1

1Uppsala BioCenter, Dept. of Microbiology, SLU 2JTI - Swedish Institute of Agricultural and Environmental Engineering

La biobed sueca

Capa de arcilla

Columnas

Cubierta de césped

Rampa

Biomezcla

Paja 50% v

Turba 25% v

Suelo 25% v

La biobed sueca

Capa de arcilla

Columnas

Cubierta de césped

Rampa

Biomezcla

Paja 50% v

Turba 25% v

Suelo 25% v

Hongos de la pudrición blanca

Enzimas ligninolíticas, ligninoperoxidasa, manganeso peroxidasa y lacasa

La desaparición de pesticidas en biomezclas está correlacionada con el contenido de estas enzimas.

Degradación de pesticidas

Efecto de la manganeso peroxidasa en una mezcla de pesticidas

Estudio in vitro

MnP 1.5 U/ml (Nematoloma frowardii)

Buffer Na acetato

Tween 80

MnSO4

H2O2

22 pesticidas

Efecto de la manganeso peroxidasa en una mezcla de pesticidas

¿Las enzimas ligninolíticas degradan glifosato?

[N (phosphonomethyl) glycine]

Microbial degradation of glyphosate

Borggaard & Gimsing 2008

Enzima Lacasa

Manganeso peroxidasa (MnP)

Origen Trametes versicolor Nematoloma frowardii

Mezcla de reacción

Buffer fosfato

Tween 80

MnSO4

H2O2

ABTS

lacasa 0.15 U/ml

Glifosato

Buffer Na acetato

Tween 80

MnSO4

H2O2

MnP 1.5 U/ml

Glifosato

24h incubación a 37ºC y 150 rpm. Glifosato analizado con GC/MS

Experimentos in vitro

Lacasa y MnP degradaron glifosato dentro de las 24h

0

20

40

60

80

100

120

1 2 3 4

Gly

phosate

degra

dation (

%)

MnP MnP MnP MnP

+Mn+2 +Mn+2 + Mn+2 +Mn+2

+H2O2 +Tween 80 +Tween 80

+H2O2

Pizzul et al., 2009

0

20

40

60

80

100

120

Control no

laccase

Laccase + ABTS Laccase + Mn+2

+ Tween 80

Laccase + Mn+2

+ Tween 80 +

ABTS

Gly

phosate

degra

dation (

%)

Laccase Laccase Laccase Laccase +ABTS +Tween 80 +Tween 80

+Mn+2 +Mn+2

+ABTS

AMPA se detectó en todos los casos en que hubo degradación de glifosato

Microbial degradation of glyphosate

Borggaard & Gimsing 2008

Enzimas ligninolíticas

Pero...

no se observó una posterior degradación de AMPA, con la consiguiente acumulación de este metabolito

¿Pueden las enzimas ligninolíticas degradar AMPA?

Degradación in vitro de glifosato con lacasa

1.Tipo de buffer: citrato oxalato succinato lactato fosfato 2. pH: 4 a 7

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

Citrate Oxalate Phosphate Succinate

lactate

Concentr

ation (

mM

)

AMPA

Glyphosate

1. Tipo de buffer (pH 6)

50% degradación

a las 24h

1. Tipo de buffer (pH 6)

2. pH (Buffer succinato lactato)

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

3 4 5 6 7 8

pH

AM

PA c

oncentr

ation

(mM

) AMPA

Glifosato se degradó completamente en todos los casos dentro de

las 24h

2. pH (Buffer succinato lactato)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

3 4 5 6 7 8

Enzym

e a

ctivity

DM

AB

-MB

TH

(U/m

l)

Enzym

e a

ctivi

ty A

BT

S a

nd S

yrin

gald

azyn

e (

U/m

l)

pH ABTS Syringaldazine DMAB-MBTH

Actividad enzimática

Piriyapittaya et al., 2008

Glifosato y AMPA poseen cuatro y tres constantes de disociación, respectivamente, y su carga negativa aumenta en la medida que el pH aumenta.

¿Las enzimas ligninolíticas degradan glifosato?

Si, MnP y lacasa, en presencia de mediadores, pueden degradar glifosato, con formación de AMPA.

¿Las enzimas ligninolíticas degradan AMPA?

Si, lacasa degrada AMPA, en presencia de ácidos orgánicos. La degradación es dependiente del pH.

Conclusiones

• Las enzimas ligninolíticas degradaron la mayoría de los pesticidas estudiados

• Acidos carboxilicos y mediadores naturales (p.ej. ácidos grasos no saturados, siringaldehido), que pueden promover la degradación de pesticidas, se encuentran presentes originalmente en las biomezclas

•pH puede variar entre distintas biomezclas. El agregado de turba baja el pH y por lo tanto disminuye la ”disponibilidad química” de glifosato y de AMPA.

Debe tenerse en cuenta el efecto del pH sobre el crecimiento de los hongos ligninolíticos

Agradecimientos

• Elisabet Börjesson

CKB, SLU