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Biotensioactivos producidos por "Sphingobacterium detergens" sp. nov.: Producción, caracterización y propiedades

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Universitat de Barcelona. Departament de Microbiologia i Parasitologia Sanitàries

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[spa] A consecuencia de la elevada versatilidad de sus propiedades, los tensioactivos pueden encontrase en diferentes productos de uso cotidiano, pero su posible toxicidad y falta de degradabilidad hacen que se les considere como agentes contaminantes para el medio ambiente. Por esta razón, en los últimos años, los biotensioactivos (BT) han atraído mucho la atención como una alternativa a los tensioactivos sintetizados químicamente debido principalmente a su alta biode-grabilidad y baja toxicidad. A estas propiedades remarcables se suma su posible producción a partir de materiales de desecho. El objetivo principal de la presente tesis doctoral es la producción de nuevos tensioactivos de origen bacteriano y su caracterización.  

La cepa 6.2S, aislada de suelos volcánicos e identificada como Sphingobacterium detergens sp. nov., es el primer microorganismo de este género descrito como productor de biotensioactivos. Después de 48 h de cultivo en el medio optimizado MCA se obtienen 466 mg/L de extracto crudo gracias al empleo de diferentes estrategias de cultivo (alimentación y control del pH) junto con la optimización de la extracción, lo que permitió aumentar la producción 7 veces con respecto al medio de crecimiento inicial (S-MSM). S. detergens produce una mezcla de compuestos con actividad superficial, tales como fosfolípidos, lípidos nitrogenados y glicolípidos. La mezcla de biotensioactivos producida por este microorganismo presenta una CAC de 2,05 g/L, una CMC de 4,9 g/L y tiene la capacidad de reducir marcadamente la tensión superficial a valores de 22 mN/m, siendo este valor el más bajo descrito en biotensioactivos. Después de una purificación realizada al extracto orgánico, se obtuvieron las fracciones A y B. La fracción A (40% del extracto orgánico) está formada por una mezcla de fosfolípidos, siendo la fosfatidiletanolamina el más abundante, reduce la tensión superficial a 33 mN/m y presenta una CMC de 0,18 g/L. La fracción B (60% del extracto orgánico) está formada por una mezcla de lípidos nitrogenados, es capaz de reducir la tensión superficial a 23 mN/m, presenta una CAC de 2,7 g/L y una CMC de 6,3 g/L. Además la mezcla de tensioactivos presentó estabilidad térmica, capacidad emulsionante y mayor eficiencia a pH ácido.

Un estudio más detallado sobre las propiedades fisicoquímicas de la mezcla de BT, ha indicado que al aumentar la fuerza iónica, la CMC del extracto completo desciende a pH 3, mientras que a pH 7 la CMC no se ve afectada, indicando el carácter aniónico del BT. Además se observó que tanto la fracción completa como la fracción A forman bicapas en solución acuosa, con 5 nm de espesor y con un núcleo hidrofóbico de 1,5 nm, que puede corresponder a cadenas hidrocarbonadas (C14-18) interdigitadas. Por otro lado, el potencial Z es independiente del la concentración del biotensioactivo, obteniéndose un valor promedio de -57±9 mv. A concen-traciones inferiores a 12 g/L, el diámetro de partícula medido del extracto completo y de la fracción B es independiente de la concentración, indicando la presencia de vesículas estables. El pH presenta un efecto sobre el potencial Z y el diámetro de partícula tanto de la fracción completa como de las fracciones A y B. A pHs ácidos (3-1,5) el potencial Z tiende a neutralizarse y el diámetro de partícula a aumentar su tamaño. 

Finalmente el extracto orgánico producido por S. detergens presentó interesantes propiedades biológicas. La fracción B induce un 83% de hemólisis en hematíes de conejo, mientras que la fracción A un 100% de hemólisis, con una tasa de hemólisis 115 veces superior que la fracción B. La fracción B es mucho menos citotóxica que la fracción A y ambas presentan menor toxicidad que el SDS en fibroblastos y queratinocitos, indicando una baja irritabilidad dérmica. Por último la fracción A (0,2 g/L) y la fracción B (1,5 g/L) inducen la apoptosis en el 44% y en el 75% de las células cancerígenas Caco-2.

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[eng] As a consequence of their high versatility, surfactants constitute large-scale production chemicals and the demand for them is expected to rise rapidly over the next few years. With the increasing importance of environmental acceptability, biosurfactants (BS) have attracted attention as alternatives to chemically synthesized surfactants, due to their biodegradability, lack of toxicity and availability from waste products. The aim of the present study was the production and characterization of new bacterial biosurfactants. 

Strain 6.2S, identified as Sphingobacterium detergens, was isolated from soil and was selected on the basis of its capacity to decrease surface tension. After 48 h culture in the optimized medium (MCA-lio) for BS production, 3.8 mg/mL of protein and 400 mg/L crude extract were obtained. With medium MCA, the production was increased six times from initial production. The crude extract obtained strongly reduced surface tension (22mN/m at 10 g/L), producing one of the lowest values recorded for a microorganism-produced surfactant. The BS was thermostable and surface activity improve at low pH. Chromatographic fractioning of the crude BS produced two distinct fractions. Fraction A, a phospholipids mixture, reduce surface tension to 33 mN/m and presented a CMC of 0.18 g/L. Fraction B was a mixture of lipopeptides and at least one glycolipids, reduced surface tension to 23 mN/m. The surface tension-concentration curve showed two plateaux, the first of which can be attributed to a critical aggregation concentration of the biosurfactant with a protein (2.7 g/L) and the second to the true CMC in water (6.3 g/L).

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Tesis Doctorals - Departament - Microbiologia i Parasitologia Sanitàries

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Biotensioactivos producidos por "Sphingobacterium detergens" sp. nov.: Producción, caracterización y propiedades