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miércoles, 29 de mayo de 2013

PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO POR RHODOBACTER SPHAEROIDES A PARTIR DE ACETATO

Autores del artículo: Jyumpei Kobayashi, Kazuaki Yoshimune,Tomoe Komoriya, y Hideki Kohno
Fuente: Journal of Bioscience and Bioengineering; VOL. 112 No. 6, 602–605, 2011
Autores del resumen: Pablo Caruana Santiago, Vicente Agulló García, Jose Juan Vicente Norte y Héctor Botella Valle.
Palabras Clave: Rhodobacter sphaeroides, Fermentación oscura, Fermentación Luminosa, Biohidrógeno, Acetato, Lactato.
Contexto:

Hoy en día el hidrógeno es una fuente de energía limpia y eficiente, y es una alternativa al los combustibles fósiles. Gracias al avance de las tecnologías en el campo de los biocombustibles se está viendo incrementado su uso.

Sin embargo hoy en día, la forma de obtener hidrógeno a partir de gas natural o de biomasa es bastante contaminante.

La producción biológica de hidrógeno es mucho menos dañina para el medio ambiente y más segura. Además con esta producción eliminamos restos orgánicos, de los cuales se aprovechan los ácidos orgánicos para generar esta fuente de energía.

Introducción al experimento:

La producción biológica de hidrógeno consta de dos fases, la fermentación oscura y la fermentación luminosa (o fotofermentación).

En la fermentación oscura se produce una fermentación de ácidos orgánicos por bacterias del género Clostridium (como Clostridium butyricum) además de Enterobacter aerogenes, E. cloacae, liberándose acetato y lactato. Estos microorganismos son muy usados debido a su producción eficiente de hidrógeno en condiciones anaeróbicas y en ausencia de luz.

En la fermentación luminosa Rhodobacter sphaeroides degrada estos ácidos derivados de la fermentación por Clostridium y produce hidrógeno en presencia de luz. Es bien conocida y usada la cepa Rhodobacter sphaeroides RV por su alta producción de hidrógeno, especialmente a partir de lactato.

Experimento:

Nos centramos en el artículo Efficient hydrogen production from acetate through isolated Rhodobacter sphaeroides en el cual los investigadores buscan un productor de hidrógeno con un rendimiento de producción de hidrógeno elevado, en un medio rico en acetato y lactato proveniente de la fermentación oscura. Rhodobacter sphaeroides RV no aprovecha de manera tan eficiente el acetato como el lactato, por tanto el productor de hidrógeno que buscamos debe aumentar su rendimiento frente a este ácido orgánico.

Metodología:

Para ello aislaron bacterias de lagos y pantanos de las áreas de Tokio y Chiba, en Japón, y midieron su producción de hidrógeno.
El método empleado para aislar las bacterias fue el siguiente:
1-Se cultivaron a 30 oC las bacterias aisladas durante 2 semanas en un cultivo enriquecido con una solución inorgánica, una solución vitamínica, CaCl2·2H2O, MgSO4 ·7H20, K2HPO4, KH2PO4, con acetato sódico y extracto de levadura, bajo iluminación y en presencia de nitrógeno gas.
2-Se cultivaron a 30 oC las bacterias en un medio aSy: enriquecido con succinato sódico, extracto de levadura, sulfato amónico, bajo condiciones aeróbicas, en la oscuridad durante 2 semanas.
3- Una colonia proveniente del medio anterior fue aislada y cultivada en un medio aSy bajo iluminación y con un pH ajustado a 6,8.
4- Las bacterias aisladas fueron determinadas por su rRNA 16S.


El método empleado para producir el hidrógeno fue el siguiente:
1-Las bacterias fueron cultivadas en un medio aSy a 30 oC, bajo iluminación y en condiciones anaeróbicas.
2- Una colonia fue subcultivada en un tubo de 20ml durante 3 dias.
3- Las bacterias fueron cultivadas en una botella de Roux de 500 ml durante 3 días.
4-Las células fueron centrifugadas y resuspendidas en un medio basal.
5- Un 4% de agar a 60 oC fue añadido a la suspensión, enfriado y almacenado en una botella de Roux de   200 ml colocada horizontalmente
6-El hidrógeno fue producido en un medio de producción de hidrógeno a pH 7.0, medio basal con un tampón fosfato, ácido orgánico (lactato o acetato) y glutamato sódico a 30 oC, bajo iluminación.
7- El hidrógeno producido fue recolectado en un cilindro de medida con hidróxido sódico para atrapar el CO2

Resultados:

Se calculó el rendimiento de la producción de hidrógeno conforme a la cantidad de ácidos orgánicos que han sido consumidos.
Los resultados fueron los siguientes:
Se encontraron 5 bacterias con una alta producción de oxígeno y se compararon entre sí:




Como vemos destaca una cepa, la cepa HJ, con una producción de hidrógeno por lactato similar a la de la cepa RV pero con una producción de hidrógeno por acetato muy superior, aproximadamente 1,51 veces la de la cepa RV.


Se comparó la producción de hidrógeno de ambas cepas en presencia de acetato (durante varios días) y se obtuvieron las siguientes gráficas:


Como se puede observar la producción es superior en la cepa HJ.


Se hizo lo propio en presencia de lactato:


Se observa que es ligeramente superior.


Se obtuvo por tanto el rendimiento de ambos procesos y se compararon:


Rhodobacter sphaeroides Hj tiene un rendimiento de 2,5 moles por cada mol de acetato y un ratio de los rendimientos de acetato/lactato de 0,68 cuando en la cepa RV era de 0,40.

Todos estos resultados se observan en esta gráfica, conclusión final del experimento.





Conclusión:

Los resultados sugieren diferencias en las rutas metabólicas de R. sphaeroides, por tanto, futuros análisis pueden revelar enzimas clave en la producción eficiente del hidrógeno. Un estudio de recombinación genética de estas enzimas podría incrementar aún más la producción de hidrógeno en R. sphaeroides en un futuro.

Con este experimento se ha descubierto la cepa R. sphaeroides HJ, una cepa útil y eficiente para la producción biológica de hidrógeno.

Futuro:

Estudiar la mecánica enzimática que lleva a cabo este proceso e identificar los genes que codifican estas enzimas, así, mediante recombinación genética se podrán conseguir enzimas más eficientes en cuanto a la producción de hidrógeno por mol de sustrato, incrementando la producción y abaratando costes para hacer viable el consumo de hidrógeno en un futuro.

Referencia bibliográfica:
Journal of Bioscience and Bioengineering; VOL. 112 No. 6, 602–605, 2011

Jyumpei Kobayashi, Kazuaki Yoshimune,Tomoe Komoriya, y Hideki Kohno

Enlace:


                                                                                                                                                                           
Realizado por:

Pablo Caruana Santiago, Vicente Agulló García, Jose Juan Vicente Norte y Héctor Botella Valle.

2 comentarios:

  1. Bastante bien. No entiendo muy bien lo del cambio de color de la letra. No está claro si es un fallo o es que lo habéis querido dejar así.

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    1. Hola profesor, el cambio en el color de la letra está hecho a propósito para indicar que dichas explicaciones se refieren a las gráficas y tablas.

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