viernes, 28 de octubre de 2016

4.1.6 Importancia Industrial
Durante la última década, la demanda de agua y descarga de aguas residuales han aumentado debido al crecimiento demográfico y la industrialización.
  • La forma convencional que el nitrógeno se elimina de las aguas residuales es a través de procesos de nitrificación y desnitrificación. Estos sistemas convencionales utilizan una entrada de alta energía para generar condiciones aeróbicas para la nitrificación, debido aplicacion del metanol como fuente de carbono y energía para la desnitrificación, contribuye a altos costos y gran cantidad de Dioxido de Carbono
  • La reacción anammox se está convirtiendo en una alternativa atractiva para la eliminación de nitrógeno de las aguas residuales convencional, Las bacterias anaerobias y anammox autotrófico no requieren oxígeno o materia orgánica como fuente de carbono. 
  • El primer 75 m3 anammox PTAR ha estado operando en Rotterdam (Países Bajos) desde 2002 y se utiliza para eliminar el nitrógeno del lodo concentrado agua de desecho. Actualmente hay al menos cinco EDARs anammox® a gran escala en los Países Bajos y China tratan las aguas residuales, el procesamiento ingrediente alimentario, la levadura, la curtiduría, y las aguas residuales de procesamiento de papa.
  • los beneficios que trae esta nueva tecnica son la reducción de hasta el 90% de las emisiones de CO2, hasta un 50% menos de espacio requerido, una reducción de hasta 60% del consumo de energía, reducción de hasta el 90% de los costes operativos, sin consumo de metanol, y una producción mínima de exceso de lodo.
4.1.5 Métodos de detección

Una gama de técnicas está disponible para detectar la presencia de bacterias anammox  en el medio ambiente.  algunos pueden ser por herramientas moleculares, análisis de lípidos, hibridación in situ fluorescente (FISH), y mediciones de la actividad.
  • Las herramientas moleculares hacen uso de cebadores anammox específico en una reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Estos se utilizan para detectar el gen 16S rRNA o genes funcionales de  bacterias anammox mediante la amplificación de ADN aislado de muestras ambientales.  no son adecuados para la deteccion de bacterias anammox debido a que el gen 16S rRNA es demasiado divergente.
  • a través del  análisis de los lípidos podemos detectar la presencia de bacterias anammox de la población bacteriana en un ambiente dado. Las bacterias anammox  poseen lípidos únicas que no se encuentran en ninguna otra especie y por lo tanto su detección apunta a la aparición de bacterias anammox.
  • para la medicion de la actividad de las bacterias anammox se puede utilizar FISH este se utilizan isótopos estables de compuestos nitrogenados. el los cuales se marcara el amonio o nitrito dando resultado a la actividad de las bacterias anammox. 



4.1.4 Condiciones de cultivo


El tiempo de duplicación de anammox bacterias es muy largo y puede variar de uno a
varias semanas dependiendo de las condiciones de crecimiento.
  • las tecnicas microbiologicas tradicionales no son aplicables para el cultivo de estas bacterias.  
  • El enriquecimiento exitoso dela obtencion de bacterias anammox  fue facilitado por el desarrollo del reactor discontinuo secuencial (SBR). 
  • El SBR está diseñado específicamente para el enriquecimiento de microorganismos de crecimiento muy lento. A pesar de que el SBR genera una gran cantidad de biomasa, esto no suele ser adecuado para los experimentos fundamentales. Con el fin de eliminar la presión del tiempo de establecimiento de la biomasa, la etapa de sedimentación en el funcionamiento del reactor ha sido descartada. En un SBR, se tarda aproximadamente 90-200 días para  cambiar a una forma característica de color rojo brillante, que se deriva de las proteínas hemo dentro de las células anammox e indica el enriquecimiento de bacterias anammox . 
  • los reactores se han actualizado  equipando con una unidad de membrana (biorreactor de membrana; MBR) que retiene las células anammox,
  • La temperatura del cultivo es usualmente mantenido a 33 ° C y el pH a un valor de 7,3, aunque se han mostrado que la bacteria anammox  puede tolerar temperaturas entre -2 y 43 ° C y valores de pH entre 6,7 y 8,3.
reactor SBR


4.1.3 Clasificación
  • Ninguna especie de anammox esta disponible en el momento para un cultivo puro.
  • Todos los géneros anammox actualmente tiene la condición de "Candidatus", que designa a los organismos procariotas que se han descrito sobre la base de información y estudios fenotípicos de secuencia, pero no han sido aislados en un cultivo puro.
  • Tas bacterias anammox son un grupo filogenético distinto dentro del phylum Planctomycetes y forman una orden  llamada "Candidatus Brocadiales" esta representa una familia llamada Candidatus Brocadiaceae. Esta familia está compuesta exclusivamente por anammox bacterias y abarca todos los géneros conocidos capaz de la oxidación anaerobia de amonio. 
  • La divergencia entre los  diferentes géneros anammox es relativamente grande.
  • la mayor divergencia entre Scalindua,ya que se encuentra comunmnete en ambientes marinos, tambien ha demostrado que puede estar presente fuera de los ambientes marinos, es decir, en los sistemas de estuarios y lagos de agua dulce y ríos.
  • los otros generos,  en ecosistemas artificiales tales como instalaciones de tratamiento de aguas residuales,  también se han detectado en los sistemas de suelo y acuáticos naturales.

1.1.2.2. Taxonomía molecular

  • A pesar del hecho de que Gimesi registró por primera vez la presencia de Planctomycetes en muestras de agua en 1924, desde hace muchos años los Planctomycetes se consideraron “incultivables”, y los primeros aislamientos del filo no se habian obtenido hasta la década de 1970.
  • Pirellula staleyi fue la primer especie aislada en cultivo puro en 1973, inicialmente como la cepa de neotipo 'Pasteuria ramosa', pero que más tarde pasó a llamarse Pirellula staleyi.
  • Las primeras especies aisladas de los Planctomyces género fue la especie marina con pedúnculo, Planctomyces maris. Poco después, Schmidt (1978) informó del aislamiento de un número de miembros de las Planctomyces género de hábitats de agua dulce. Desde entonces, el número de cepas, especies y géneros han aumentado de manera espectacular.



Imagen: Planctomyces maris como se muestra en una micrografía electrónica de células enteras. Tenga en cuenta que la célula es perifimbrial y que el tallo se compone de varias fibrillas fimbrias-como agrupados. Asimismo, cabe destacar que el tallo se dobla lo que indica su flexibilidad y que la célula tiene un flagelo (flecha) (cortesía de JT suministrado Staley).

  • En 1986, los géneros de Planctomyces Pirellula fueron asignados a una nueva familia (Planctomycetaceae) y el orden (Planctomycetales) sobre la base de  ARNr 16S de catalogación y características fenotípicas. Esta orden más tarde se amplió para incluir los géneros Gemmata e Isosphaera.
  • Con base en los análisis de ARNr, los Planctomycetes se consideran ahora su propio filo y esto cuenta actualmente con 11 géneros y 6 Candidatus géneros, muchos de los cuales son monoespecíficos. Algunos de estos taxones todavía contienen organismos con una considerable diversidad genética y es probable que se divida en otros géneros en el futuro.
  • Los Planctomycetes phylum se considera que contienen tres clases distintas, la Planctomycetia, el Phycisphaeraey las ramificaciones profundas-anammox planctomycetes del orden Candidatus "Brocadiales".
  • Todos los miembros conocidos de la Planctomycetia y Phycisphaerae son quimioheterótrofos, mientras que los miembros de Candidatus 'Brocadiae' son autótrofa (o mixotrófico) en su metabolismo.
  • La posición del filo Planctomycetes dentro de las bacterias de dominio ha sido objeto de debate.
  • Se cree generalmente para formar un 'superphylum' con el Verrucomicrobia, Lentisphaerae y filos Clamidias (superphylum PVC) basado en el análisis de las proteínas ribosomales y subunidades de la polimerasa de ARN y análisis de ADNr, aunque algunos principios secuencia de análisis no apoyó esta relación.
  • Algunos rasgos fenotípicos compartidos también se utilizan como evidencia para vincular estos filos.
  • Tanto Planctomycetes y Verrucomicrobia poseen un plan de células compartimentadas y comparten proteínas de la cubierta de membrana inusual.
  • Estas características, que se comparten con el Eukarya y algunos Archaea, también se han utilizado para argumentar a favor de un origen filogenético de profundidad para el superphylum PVC dentro de las bacterias, o que el último ancestro común universal era un pariente del grupo de PVC.
  • De hecho los Planctomycetes poseen características adicionales eucariotas similares, incluyendo los procesos de endocitosis similar, ADN condensado, esteroles, integrina genes y el ADN unido a la membrana, así como características de arqueas, como los lípidos y Ether- con enlaces éster, y los genes para las reacciones de transferencia C1.
  • Algunos análisis moleculares también apoyan la opinión de que los Planctomycetes, en lugar de organismos hipertermófilos como ha sido postulada tradicionalmente, forman un linaje ancestral bacteriano.
  • Por el contrario, otros investigadores han argumentado que muchas de las características de los Planctomycetes y / o superphylum PVC son simplemente análogos a características eucariotas o arqueas, en lugar de homólogos (ADN unido a la membrana), se han obtenido por transferencia horizontal de genes (transferencia de genes C1), o representar la evolución degenerativa (pérdida de FtsZ y peptidoglicano) en lugar de rasgos ancestrales.
  • En cuanto a la falta de peptidoglicano de la pared celular Planctomycetes, posible evidencia de la evolución degenerativa o reductora está implicada por la presencia de algunos o la mayoría de los genes necesarios para la biosíntesis de peptidoglicano en los genomas de algunas especies.
  • Si la presencia de estas características notables representa un caso de analogía u homología, los Planctomycetes están jugando un papel cada vez mayor en la comprensión de la evolución de la complejidad y la organización celular.

Referencia:
Fuerst, J. A. (2013). Planctomycetes: Cell Structure, Origins and Biology. New York: © Springer Science+Business Media.

2.2.6. Nucleótidos condensados

Todas las especies de Planctomycetes hasta ahora examinadas por TEM de las células de sección que se han preparado por fijación seguido de Criosustitución poseen nucleótidos condensados ​​que residen dentro del pirellulosome o en el caso de G. obscuriglobus, la membrana nuclear dentro de la región delimitada por pirellulosome. Tales nucleótidos muestran varios tipos de plegado de las fibrillas dentro del nucleótido, lo que sugiere un alto grado de condensación, incluso en relación con nucleótidos de bacterias tales como E. coli, donde un nucleótido "coralina" se extiende en todo el volumen de la célula. En la especie G. obscuriglobus, al menos cuando la división celular por un Planctomycetes se ha examinado más ampliamente que para otros Planctomycetes, el nucleótido parece que permanece condensado todo el ciclo celular, incluso durante el paso del nucleótido a través de la yema del cuello en el nuevo brote en las fibrillas parecen desarrollarse en cierta medida, pero permanecen estar asociados.

La reconstrucción tomográfica de electrones de G. obscuriglobus al nucleótido de células seccionadas por criosustitución demuestran una organización colestérica de un líquido cristalino (donde las moléculas tales como filamentos de ADN están clasificadas en cada uno de una serie de  capas dispuestas en forma helicoidal donde las moléculas de cada capa se hacen girar uno respecto al otro) , lo que resulta en el ADN dispuesto en una serie de arcos anidados visibles en TEM de los cromosomas de sección similar a la encontrada en los cromosomas de eucariotas.


La condensación de nucleótidos en Planctomycetes tiene implicaciones para la transcripción y la replicación del ADN pueden estar organizados en estos organismos, y la ubicación de las polimerasas de ARN a través de microscopía electrónica puede ayudar a iluminar este arreglo. Hay algunos que indican que pliega nucleótidos en G. obscuriglobus pueden dividir como una unidad, y la aparición de múltiples nucleótidos en G. obscuriglobus sugieren que la segregación de los cromosomas de nucleótidos se puede producir dentro de las células antes o durante la división por gemación. Se ha sugerido que la condensación de los nucleótidos de G. obscuriglobus puede ser un mecanismo de su resistencia pronunciada tanto a la radiación UV y gamma. No se sabe si otros Planctomycetes también muestren tal resistencia, pero esto se podría predecir si la condensación es un mecanismo importante para la resistencia a la radiación.

Referencia:
Fuerst, J. A. (2013). Planctomycetes: Cell Structure, Origins and Biology. New York: © Springer Science+Business Media.
2.2.5. Pirellulosome

El pirellulosome es un compartimiento principal de todos los Planctomycetes, que contienen todos los ribosomas y al nucleótido de ADN de la célula, y limitada por la ICM. En el caso de G. obscuriglobus, la ICM se observa en realidad la invaginación en el pirellulosome para formar la membrana externa de la envoltura de la región del cuerpo nuclear que contiene el nucleótido, pero en Planctomycetes tales como los del grupo Pirellula la ICM siempre forma un límite continuo a los ribosomas y que contiene nucleótido del compartimiento del pirellulosome y el compartimiento fue nombrado por su descubrimiento en el grupo Pirellula.

Fue identificado en la especie Pirellula staleyi y lo que ahora se conoce como Blastopirellula marina en una región que contiene un fibrial condensado a las partículas del nucleótido y electrones de alta densidad de ribosomas como de 9-18 nm de diámetro, y limitada por una sola membrana ICM hasta 5 nm de ancho en B. marina pero tan fino como 3,2 nm de ancho en Pi. staleyi. Como se esperaba de las partículas de ribosomas similares, la pirellulosome en estas especies contiene ARN como se ensayó mediante el etiquetado de RNAsa de oro de las células seccionados. Una segunda región de la célula que rodea el pirellulosome se denominó inicialmente una región de casquete polar, pero más tarde fue conocido como el paryphoplasm después de que se encontró que era un tipo de compartimento compartido por todos los Planctomycetes examinados.

En Rhodopirellula báltica, también es un miembro del grupo Pirellula, lo que parecen ser varias versiones de menor pirellulosome en la membrana delimitando que están encerrados dentro del paryphoplasm, probablemente contiene ribosomas, pero al parecer sin Nucleótidos. Esto necesita un nuevo examen con tomografía de excluir una forma 3D compleja de una solo pirellulosome resultante en este aspecto el plan de célula subyacente en 2D puede identificarse en otros miembros del grupo Pirellula. En Planctomyces limnophilus parece tener el mismo tipo de contenido en el pirellulosome y que los demás miembros del grupo Pirellula, pero con formas y organización complejas que da lugar a posibles similitudes con las versiones más pequeñas de pirellulosome visto en Rhodopirellula báltica.

En Isosphaera pallida la ICM puede invaginarse para formar un gran lóbulo en el paryphoplasm de modo que, el pirellulosome forma una región en forma de media luna, en los márgenes de las células, con un fenómeno similar sé que observa en Planctomyces maris. En el grupo de Pirellula, los ribosomas del pirellulosome se pueden ver en algunas regiones a la línea del límite interior de la ICM, lo que sugiere que la secreción de las proteínas recién sintetizadas en el paryphoplasm puede ocurrir. En G. obscuriglobus, los ribosomas parecen estar dispuestos de forma lineal a lo largo de las membranas del interior y exterior de la envoltura nuclear, a menos que en el caso de células seccionados preparados a través de la congelación de alta presión seguido por Criosustitución.


Esto da una apariencia a la envoltura nuclear de un retículo endoplasmático de eucariota. Se supone que el pirellulosome realiza muchas de las funciones metabólicas esenciales de la célula tales como el glucólisis y debido a la presencia de ADN y ribosomas es casi seguro que la ubicación de la transcripción del ARNm y la traducción de proteínas. Sin embargo, la localización de los experimentos futuros por ejemplo el glucolisis y otras enzimas metabólicas, DNA-polimerasa dependiente de ARN, y la más abundante en especies de ARNm y proteínas ribosómicas a través de técnicas de inmunomarcaje combinados con la microscopía electrónica de transmisión de las células seccionados para confirmar esto.

Referencia:
Fuerst, J. A. (2013). Planctomycetes: Cell Structure, Origins and Biology. New York: © Springer Science+Business Media.