Enzimas ligninolíticas y su rol en la degradación de pesticidas

Enzimas ligninolíticas y su rol enla degradación de pesticidasLeticia Pizzul 1 , María del Pilar Castillo 2 y John Stenström 11Uppsala BioCenter, Dept. of Microbiology, SLU2JTI - Swedish Institute of Agricultural and Environmental Engineering

La biobed suecaRampaCubierta de céspedColumnasCapa de arcillaBiomezclaPaja 50% vTurba 25% vSuelo 25% v

La biobed suecaRampaCubierta de céspedColumnasCapa de arcillaBiomezclaPaja 50% vTurba 25% vSuelo 25% v

Hongos de la pudrición blanca

Enzimas ligninolíticas, ligninoperoxidasa, manganesoperoxidasa y lacasaDegradación de pesticidasLa desaparición de pesticidasen biomezclas estácorrelacionada con elcontenido de estas enzimas.

Efecto de la manganeso peroxidasa en una mezcla de pesticidasEstudio in vitroMnP 1.5 U/ml (Nematoloma frowardii)Buffer Na acetatoTween 80MnSO 4H 2 O 222 pesticidas

Efecto de la manganeso peroxidasa en una mezcla de pesticidas

[N (phosphonomethyl) glycine]¿Las enzimas ligninolíticas degradan glifosato?

Microbial degradation of glyphosateBorggaard & Gimsing 2008

Experimentos in vitroEnzima Lacasa Manganeso peroxidasa(MnP)Origen Trametes versicolor Nematoloma frowardiiMezcla dereacciónBuffer fosfatoTween 80MnSO 4Buffer Na acetatoTween 80MnSO 4H 2 O 2ABTSlacasa 0.15 U/mlGlifosatoH 2 O 2MnP 1.5 U/mlGlifosato24h incubación a 37ºC y 150 rpm. Glifosato analizadocon GC/MS

Glyphosate degradation (%)Glyphosate degradation (%)Lacasa y MnP degradaron glifosato dentro de las 24h12012010010080806060404020200Laccase Control noLaccase + ABTSLaccase + Mn+2Laccase + Mn+2laccase+ + ++ABTS +Tween 80 +Tween 80ABTS+Mn +2 +Mn +2+ABTS0MnP 1 MnP 2 MnP 3 MnP 4+Mn +2 +Mn +2 + Mn +2 +Mn +2+H 2 O 2 +Tween 80 +Tween 80+H 2 O 2Pizzul et al., 2009

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

Microbial degradation of glyphosateEnzimas ligninolíticasBorggaard & Gimsing 2008

Pero...no se observó una posterior degradación deAMPA, con la consiguiente acumulación deeste metabolito¿Pueden las enzimas ligninolíticas degradarAMPA?

Degradación in vitro de glifosato con lacasa1.Tipo de buffer:citratooxalatosuccinato lactatofosfato2. pH: 4 a 7

Concentration (mM)1. Tipo de buffer (pH 6)0.080.07AMPAGlyphosate0.060.050.040.030.020.01050%degradacióna las 24hCitrate Oxalate Phosphate Succinatelactate

1. Tipo de buffer (pH 6)

AMPA concentration (mM)2. pH (Buffer succinato lactato)Glifosato se degradó completamente en todos los casos dentro delas 24h0.060.05AMPA0.040.030.020.010.003 4 5 6 7 8pH

Enzyme activity ABTS and Syringaldazyne (U/ml)2. pH (Buffer succinato lactato)Actividad enzimática14,02,512,010,08,06,04,02,02,01,51,00,5Enzyme activity DMAB-MBTH (U/ml)0,03 4 5 6 7 80,0ABTS Syringaldazine DMAB-MBTHpH

Piriyapittaya et al., 2008Glifosato y AMPA poseen cuatro y tres constantes de disociación,respectivamente, y su carga negativa aumenta en la medida queel pH aumenta.

Conclusiones¿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 ácidosorgánicos. La degradación es dependiente delpH.

• Las enzimas ligninolíticas degradaron lamayoría de los pesticidas estudiados• Acidos carboxilicos y mediadores naturales(p.ej. ácidos grasos no saturados,siringaldehido), que pueden promover ladegradación de pesticidas, se encuentranpresentes originalmente en las biomezclas•pH puede variar entre distintas biomezclas. Elagregado de turba baja el pH y por lo tantodisminuye la ”disponibilidad química” deglifosato y de AMPA.Debe tenerse en cuenta el efecto del pH sobreel crecimiento de los hongos ligninolíticos

Agradecimientos• Elisabet BörjessonCKB, SLU