Bacteria: Aeromona hydrophila Virus: Penicillum simplicissimum Presentado por:  Abdías Díaz  Alina Lagos  Wendell Selaxza 2023 Septiembre ELEMENTOS.

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1 Bacteria: Aeromona hydrophila Virus: Penicillum simplicissimum Presentado por:  Abdías Díaz  Alina Lagos  Wendell Selaxza 2023 Septiembre ELEMENTOS DE LA MICROBIOLOGIA TRABAJO DE FIN DE CURSO

2 Bacteria: Aeromona hydrophila Virus: Penicillum simplicissimum Penicillium sp. creciendo en mazorca de maíz azul.

3 Objetivos  Objetivo General Describir las características e importancia sanitaria y/o industrial de las bacterias Pseudomonas aeruginosa y Aeromonas hydrophila y del hongo Penicillium spp.  Objetivos Específicos Determinar la cantidad de energía y las condiciones de la celda de combustible microbiano para la generación de energía alternativa por la técnica de bioelectrogénesis usando las bacterias Pseudomonas aeruginosa y Aeromonas hydrophila. Describir la macro morfología, micro morfología y principales toxinas pertenecientes al hongo Penicillium spp.

4 Generalidades de los microorganismos Penicillium spp Factores bióticos y abióticos del hongo Las especies de Penicillium requieren de contenidos de humedad en equilibrio con humedades relativas de 85-90% (mínima actividad de agua (aw) 0.85- 0-90 mínima), alrededor de 18.0- 20.0 % en cereales. Son considerados hongos de campo y de almacén. Las especies de este género reducen el poder germinativo de las semillas almacenadas. La baja temperatura de almacenamiento disminuye la velocidad del deterioro de las frutas infectadas por P. expansum, pero no lo previene. El pH es un factor importante para la síntesis de esta toxina. Los penicilios no son afectados por la luz y esporulan fácilmente en la obscuridad. La esporulación a una mínima aw(actividad del agua) permite a los hongos completar su ciclo de vida sobreviviendo a las condiciones adversas, para ser luego diseminados por insectos y ácaros.

5 Macromorfología Las colonias de Penicillium desde el punto vista macroscópico, son circulares, ovoides, crecen rápidamente y comienzan siendo de color blanco. Dependiendo de la especie y de otros factores, puede adquirir colores como verde, verde azulado, gris o rosado, entre otros. Con un borde completo sin fructificaciones, mostrando el color del micelio generalmente blanco, pero en algunas especies es amarillo, anaranjado, púrpura o café claro. Morfología del hongo Penicillium spp

6 Textura de la colonia. El género Penicillium puede tener texturas diversas y diferentes tipos de desarrollo. Por su situación con respecto al sustrato donde se desarrolla el moho puede ser: bajo, medio y profundo. Por su apariencia: escaso, medio o denso, así como por el aspecto de la macromorfología de las colonias: planas, con surcos radiales (sulcadas), plegada o zonada (dispuesto en bandas o zonas de apariencia distintas, debido a diferencias color, textura u otras características). Este aspecto de crecimiento es causado por la variación diurna en la temperatura de crecimiento.

7 Morfología del hongo Penicillium spp Algodonosas o flocosas. Otras especies producen una capa suelta definida de micelio por encima de la superficie del agar y en este caso la textura de la colonia se le llama algodonosa o flocosa (las colonias presentan micelio aéreo y esponjoso. Aterciopeladas o velutinosas. Algunas especies de Penicillium tienen un crecimiento micelial casi por completo debajo de la superficie del medio de cultivo. Los conidióforos surgen como una capa baja y densa, a menudo con una textura como el terciopelo.

8 Micro morfología Forma de reproducción asexual, que se caracteriza por formar conidios en una estructura ramificada semejante a un pincel llamado penicilo, que termina en células conidiógenas denominadas fiálides. La métula le da soporte a la fiálide y ésta a su vez, le brinda soporte a la rama, de la que pueden partir otras ramas. Existen diferentes tipos de conidióforos, también denominados estípites, pueden ser individuales (mononematosos) o agrupados (sinematosos). Los estípites se caracterizan por presentar un cierto tipo de ramificación, dependiendo de las especies, monoverticilado, divaricados, dentro del género Penicillium existen especies que pueden tener más de una ramificación, si presentan métulas y fiálides es biverticilado; cuando se observan ramas, métulas y fiálides se le llama terverticilado y si tienen ramas, ramillas, métulas y fiálides son cuadriverticilado. Morfología del hongo Penicillium spp A). Conidióforos B). Monoverticilados. C). Divaricado. D-E). Biverticilado. F). Terverticiliado. G). Cuadriverticilado. Barra de escala 10 µm.

9 Morfología del hongo Penicillium spp Las especies de Penicillium que presentan reproducción sexual o estado teleomorfo, forman un ascoma llamado cleistotecio y en otras especies un gimnotecio, estructuras en forma de saco y donde se producen las ascas con ascosporas.

10 Principales micotoxinas y su importancia Las micotoxinas sintetizadas por especies del género Penicillium son originadas para garantizar su desarrollo en un ambiente natural inhibiendo a otros microorganismos que compiten por el sustrato, las toxinas suelen formarse al final de la fase exponencial o al principio de la fase estacionaria del crecimiento del moho, tienen diversas estructuras químicas y bajo peso molecular. Las micotoxinas pueden contaminar los alimentos y las materias primas que se utilizan para la elaboración de éstos, causando una serie de enfermedades y trastornos denominados micotoxicosis, debido, a que son capaces de desencadenar diversas alteraciones y cuadros patológicos en el humano y los animales. La exposición a los metabolitos tóxicos puede generar carcinogénesis, teratogénesis, inmunosupresión y cuadros clínicos de neurotoxicidad, nefrotoxicidad, hepatotoxicidad, mielotoxicidad, toxicidad pulmonar y endocrina.

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13 Generalidades de los microorganismos Aeromonas hydrophila : Los representantes de esta familia son proteobacterias Gram- negativas que viven en los suelos. El género Aeromonas, pertenece a la familia Vibrionaceae. Son en su gran mayoría bacilos Gram negativo fermentadores, levemente curveados, oxidasa positivo, móviles por la presencia de flagelos polares, catalasa positivo y reducen nitratos a nitritos involucradas en infecciones en animales de sangre fría como son: Rana, peces, reptiles, serpientes y aves. Las especies más frecuentemente aisladas son: A.hydrophila, A.veronii, A.caviae.

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15 Rimler Shott agar; Trypticase Soy agar.

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17 Pruebas Bioquímicas de Aeromonas hydrophila : CITRATO (-) TSI (A/A) LIA(+) MOTILIDAD (+) INDOL(+) ORNITINA DESCARBOXILASA (-) H2S(-) RM(+) UREASA(-)

18 Metabolismo Metabolismo Penicillium spp Se determinó que estas especies son versátiles, utilizando un amplio rango de fuentes de carbono, mostrando gran capacidad (57,2 % del total) para la utilización de carbohidratos (monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos), y también utilizaron amino ácidos (0,99 % del total), los cuales produjeron altas tasas de crecimiento, sugiriendo el uso de rutas metabólicas como la glucolisis/gluconeogénesis. La riqueza de substratos reveló una amplia utilización de fuentes de carbono, las cuales produjeron altos “Índices de Shannon” de utilización particular de substratos, con valores de 4,02 para A. strictum, 4,01 para P. decumbens y de 3,91 para F. fujikuroi con diferencias significativas entre 18 de los substratos utilizados por las tres especies. Estas especies mostraron además, altos índices de utilización de substratos de nitrógeno, fósforo y azufre (con glucosa como fuente de carbono), en donde los componentes orgánicos proporcionaron mayor crecimiento de hifas. Los L-amino ácidos (52,6 ± 4,7 %), nucleótidos/nucleósidos (11,6 ± 0,8 %) y aminas (8,7 ± 0,8 %) fueron las fuentes de nitrógeno preferenciales (Cluster I y II), sugiriendo el uso de las vías metabólicas de amino ácidos y/o el metabolismo de las purinas. Los ribonucleótidos de adenosina y guanosina fueron los principales sustratos para la utilización de fósforo, además del uso de cisteína y metionina como principal aporte de azufre al crecimiento de estas especies.

19 Aplicación Biotecnológica Agrícola, Ambiental e Industrial del microorganismo Penicillium spp. Se evaluaron tres géneros de hongos: Penicillium, Phanerochaete y Trychoderma. Tuvieron el rol biorremediar o reducir diferentes cantidades del organoclorado DDT, siendo este pesticida muy persistente en el ambiente sobre todo en el suelo.

20 RESULTADO 1er. Muestreo: 45 días de evaluación: el tratamiento óptimo fue el género Phanerochaete para la biorremediación de suelos contaminados siendo el que reduce significativamente el DDT. 2do. Muestreo: a 90 días de evaluación: el tratamiento óptimo fue el género Phanerochaete. En cuanto al aislamiento de bacterias se identificaron cepas de Penicillium, Phanerochaete y Trychoderma estos géneros han sido identificados como degradadoras de pesticidas y compuestos organoclorados. RESULTADO 1er. Muestreo: 45 días de evaluación: el tratamiento óptimo fue el género Phanerochaete para la biorremediación de suelos contaminados siendo el que reduce significativamente el DDT. 2do. Muestreo: a 90 días de evaluación: el tratamiento óptimo fue el género Phanerochaete. En cuanto al aislamiento de bacterias se identificaron cepas de Penicillium, Phanerochaete y Trychoderma estos géneros han sido identificados como degradadoras de pesticidas y compuestos organoclorados. METODO Se utilizó el método de irrigación para darle la comodidad a cada género de hongo según su medio de vida adicionando el agua para mantener las condiciones de humedad adecuadas a la biorremediación en superficies terrestres ya que es muy común que pierdan la humedad es por ello que la aplicación fue cada dos días durante las 13 semanas de observación, con una reducción de 40 % a los 45 días y un 85 % a los 90 días según los géneros que más biorremediaron. METODO Se utilizó el método de irrigación para darle la comodidad a cada género de hongo según su medio de vida adicionando el agua para mantener las condiciones de humedad adecuadas a la biorremediación en superficies terrestres ya que es muy común que pierdan la humedad es por ello que la aplicación fue cada dos días durante las 13 semanas de observación, con una reducción de 40 % a los 45 días y un 85 % a los 90 días según los géneros que más biorremediaron.

21 Aplicación Biotecnológica Agrícola, Ambiental e Industrial del microorganismo Aeromonas hydrophila Biolectrogénesis La bioelectrogénesis es una técnica electroquímica microbiana, que consiste en la transformación de energía química a energía eléctrica mediante el metabolismo de organismos vivos. La biolectrogenesis como fuente de energía utilizable, ha empezado a desarrollarse desde el descubrimiento de bacterias electrogénicas como los géneros Shewanella o Geobacter, siendo el género Geobacter el mejor estudiado. Biolectrogénesis La bioelectrogénesis es una técnica electroquímica microbiana, que consiste en la transformación de energía química a energía eléctrica mediante el metabolismo de organismos vivos. La biolectrogenesis como fuente de energía utilizable, ha empezado a desarrollarse desde el descubrimiento de bacterias electrogénicas como los géneros Shewanella o Geobacter, siendo el género Geobacter el mejor estudiado. Celdas de Combustible Microbiano (CCM) Para la aplicación de la bioelectrogénesis se utiliza celdas microbianas, es un reactor bio-electroquímico donde un sustrato biodegradable es convertido directamente a electricidad por las bacterias, ya que estas bacterias mediante su metabolismo transfieren electrones desde un donador, como la glucosa a un aceptor de electrones. Es decir, poseen la característica de remover la carga orgánica del efluente así como producir electricidad. Celdas de Combustible Microbiano (CCM) Para la aplicación de la bioelectrogénesis se utiliza celdas microbianas, es un reactor bio-electroquímico donde un sustrato biodegradable es convertido directamente a electricidad por las bacterias, ya que estas bacterias mediante su metabolismo transfieren electrones desde un donador, como la glucosa a un aceptor de electrones. Es decir, poseen la característica de remover la carga orgánica del efluente así como producir electricidad.

22 Idea de investigación Tema Propuesto: Energías Alternativas Las energías renovables que aprovechan los caudales naturales de energía del planeta, constituyen una fuente inagotable de flujo energético, renovándose continuamente. Así mismo, cuentan con una ventaja de no generar residuos como resultado directo de su utilización y se generan con un mínimo de perjuicios sociales, culturales, para la salud y el medio ambiente. El uso de energías renovables como opción frente al Cambio Climático va en incremento y como una opción sustentable. El IPCC menciona “Son numerosas las opciones del suministro de energía con bajos niveles de carbono que, acompañadas de mejoras de la eficiencia energética, pueden contribuir a los bajos niveles de concentración de GEI, siendo la energía renovable la opción predominante de aquí a 2050 en la mayoría de los escenarios”.

23 AñoTítulo de la investigación y país AutoresMateriales y métodosConclusiones principales 2018 Energía alternativa a partir de la bacteria Pseudomonas aeruginosa Y Aeromonas hydrophila por la técnica de la bioelectrogénesis Lima, Perú Medina Mariela Se construyeron celdas de combustible microbiano de doble cámara tipo H con capacidad de 500 ml, de vidrio; en las cuales se colocaron electrodos de barras de grafito o aluminio en el ánodo, y en el cátodo barra de grafito; utilizando como sustrato para las bacterias en el ánodo, 325 ml de lodo anaerobio con 75 ml de agua residual y se inocularon la cepa de las bacterias Pseudomonas aeruginosa y Aeromonas hydrophila, respectivamente. La parte experimental, se realizó en dos fases: la primera fase, con tres repeticiones de 8 días cada una y la segunda fase fue de 20 días ;en ambas fases se evaluó las condiciones de la celda en función de temperatura y pH, características de las bacterias y el comportamiento del voltaje generado. Existe una relación directa entre temperatura y voltaje en la primera fase para la celda 3:A. hydropila con electrodo aluminio también en esta fase se da una relación directa entre pH y voltaje para A. hydrophila –grafito y P. aeruginosa-aluminio. En el proceso la bacteria que genera mayor voltaje es la A. hydrophila con 0.765 V y en cuanto al electrodo se genera mayor voltaje con el aluminio cuyo valor fue de 0.837 V, a diferencia del grafito con 0.651 V. 2014Importancia sanitaria de Pseudomonas aeruginosa en agua de hemodiálisis y su desinfección La Habana, Cuba. González, García y Mariné Revisión documental, los datos se obtuvieron de organismos internacionales como son la Asociación para el Avance de Instrumentos Médicos y la Organización Internacional de Normalización, de criterios de expertos y de resultados de laboratorio y guías de trabajo. El proceso de desinfección en el caso de contaminación por Pseudomonas aeruginosa en una planta de tratamiento es casuístico, teniendo en cuenta la diversidad de sistemas de tratamiento de agua, sistemas de distribución, su tiempo de explotación y la necesidad de tomar medidas puntuales para cada una de estos. 2012Microorganismos presentes en agua de bebederos de las escuelas públicas de la ciudad de Gómez Palacio, Durango causantes de gastroenteritis Durango, México Martínez et. al.Se aislaron e identificaron los microorganismos causantes de gastroenteritis presentes en el agua de bebederos de 40 escuelas públicas de la ciudad de Gómez Palacio, Durango. Utilizando medios como el agar tiosulfato citrato bilis sacarosa, agar Estafilococos 110, agar MacConkey y Agua peptonadalas, pruebas bioquímicas como Urea, TSI, SIM, Citrato, LIA, MIO. Todos los tubos y placas se incubaron a 37 °C por tres días. Se aisló Aeromonas hydrophila, Pseudomona stutzeri, Staphylococcus aureus y Enterobacter cloacae. La calidad del agua es responsable directa de gastroenteritis; la aplicación periódica de cloro es el método más viable para su prevención. Bacterias Pseudomonas aeruginosa y Aeromonas hydrophila

24 Planteamiento del problema Problema General ¿Cuánto de energía alternativa se produce en el proceso de bioelectrogénesis usando la bacteria Aeromonas hydrophila? Problemas Específicos  ¿De qué manera las condiciones de la celda de combustible microbiano intervienen en la generación de energía alternativa por la técnica de bioelectrogénesis? Problemas Específicos ¿De qué manera las características de la bacteria intervienen en la generación de energía alternativa por la técnica de bioelectrogénesis?

25 ANALISIS Debido a factores como el aumento de la población, alteración de los patrones pluviométricos y contaminación de las fuentes naturales de agua, esta es cada vez un recurso más escaso. Esto ha llevado a reutilizar el agua residual, generándose la que se conoce como agua regenerada o reciclada tras someterla a distintos tratamientos en una estación depuradora de aguas residuales (EDAR), también llamada planta de depuración o planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) que normalmente realizan un tratamiento primario seguido de uno secundario o biológico. Adicionalmente puede realizarse un tratamientos terciario, que pueden ser químico (ozono, cloración), físico (radiación ultravioleta) y natural como el lagunaje, que es un proceso de purificación, producido cuando el agua residual es almacenada temporalmente en balsas o lagunas de poco profundidad.

26 PROCESO Se analizan los cambios de voltaje a través del tiempo durante el proceso de bioelectrogénesis con el funcionamiento de la Celda de Combustible Microbiano inoculado con las cepas de las bacterias. Como sustrato se utilizó lodo anaerobio con aguas residuales domésticas provenientes de la misma planta de tratamiento. Las mediciones se hicieron en forma paralela en dos fases: 1ra. Fase: con cuatro tratamientos y tres repeticiones de 8 días cada una. 2da. fase como proceso con dos mediciones en los cuatro primeros días y cuatro mediciones por día. En ambas fases, el tipo de electrodo del ánodo varió (aluminio o barra de grafito), en cambio las demás condiciones para su funcionamiento fueron constantes como: electrodo del cátodo (grafito), volumen de la celda y del sustrato, tipo de separador, tipo de flujo. Se trabajó con dos grupos de control o testigo con la variación del electrodo, en un grupo de control se utilizó electrodo de grafito y en el otro grupo de control, electrodo de aluminio, todo en el ánodo. En cambio, en el cátodo a diferencia de los grupos experimentales que contenían sulfato de cobre 1M en los grupos de control solo contenía agua destilada.

27 PROCESO Se cultivaron las cepas de las bacterias de las especies Pseudomonas aeruginosa y Aeromonas hydrophila, realizando para ello varias siembras a fin de ver si las bacterias se adaptaban al medio de cultivo que se utilizó en agar MC Hillton y en agar Mac Conkey.

28 PROCESO: Medición de parámetros físico-químicos del lodo El lodo anaerobio-agua residual se obtuvo de la planta de tratamiento de aguas residuales domésticas CITRAR- UNI (Centro de Investigación en Tratamiento de aguas residuales y residuos peligrosos). Se solicitó dos litros de lodo anaerobio y un litro de agua residual doméstica, de los cuales se utilizó medio litro de lodo anaerobio y agua residual doméstica para la medición de los parámetros físicos-químicos, y el resto para las seis celdas. La medición de los parámetros físico-químicos del lodo y agua residual se realizó en el laboratorio de Biotecnología de la Universidad César Vallejo al inicio y al término de funcionamiento de la celda de combustible microbiano a fin de conocer cuánto ha sido alterado el sustrato.

29 PROCESO: Medición de parámetros físico-químicos del lodo En el proceso la bacteria que genera mayor voltaje es la A. hydrophila con 0.765 V y en cuanto al electrodo se genera mayor voltaje con el aluminio cuyo valor fue de 0.837 V, a diferencia del grafito con 0.651 V.

30 Justificación Conveniencia: La aplicación de la bioelectrogénesis generará beneficios sociales y ambientales por ser energía limpia, a partir de lodos de aguas residuales producidas en los asentamientos humanos El Milagro y El Ángel del distrito de Independencia. Esta investigación aprovecha un recurso que produce contaminación al agua, suelo, aire y que puede ser utilizado para generar energía eléctrica conllevando a un mejoramiento en la calidad de vida de las poblaciones peruanas, además de reducir los gases de efecto invernadero. Relevancia social: Los beneficiados con esta propuesta será la población peruana de las zonas rurales que no acceden al servicio de energía produciendo energía procedente de los lodos para cubrir sus necesidades. Por otro lado, generará beneficios económicos a esa población ya que sustituirá a las fuentes usadas cuyo costo es alto.

31 Justificación Justificación ambiental: La implementación de esta propuesta de solución generará ventajas ambientales para la población beneficiada, así como para el Estado y la Sociedad en general, ya que parte de usar los lodos residuales que ocasionan problemas a las fuentes de agua, contaminándolos, en lugar de ello se pretende darle uso y valor produciendo energía limpia. Justificación económica: El costo de esta tecnología es bajo, porque utiliza bacterias que se alimentan de materia orgánica de las aguas residuales domésticas o industriales, ambas materias primas no tienen valor en el mercado, por el contrario, se convierten en problemas por su volumen y efecto en otros recursos y en los responsables de su manejo.

32 Justificación Aporte teórico: Al aplicar esta tecnología que está en proceso de implementación en otros países desarrollados donde se ha realizado más investigación sobre la misma implica una ventaja, ya que ayudará a encontrar nuevos conocimientos al aplicarse en nuestra realidad con bacterias que cumplen ciertas características electrogénicas. Aporte práctico: El presente trabajo permitirá ser una ayuda a la solución de problemas relacionados al acceso a la energía eléctrica con tecnologías amigables y propias de la naturaleza ya que sirve como una parte de un sistema de energía alternativa acoplado en una Planta de Tratamiento de Aguas residuales. Al mismo tiempo que constituye una tecnología de fácil aplicación; el Perú por ser un país en desarrollo es vulnerable al Cambio Climático, lo cual se agudiza con problemas de contaminación.

33 CONCLUSIONES La caracterización electroquímica evidenció que el nuevo material basado en grafito modificado con zeolita (GC/gr-Zy) posee una buena biocompatibilidad al ser inoculado con una mezcla de lodo primario y lodo activado. El bajo costo y la abundancia de zeolitas tanto sintéticas como naturales facilitan el desarrollo de una investigación a mayor escala. Por ejemplo, su aplicación en sistemas integrados HC-CCM es factible debido a que los materiales utilizados como matriz de soporte en humedales construidos son comunes con los materiales utilizados para los electrodos en las CCMs. Al evaluar la generación de electricidad del sistema integrado HC-CCM se evidenció una diferencia de potencial entre cátodo y ánodo termodinámicamente favorable a partir de la oxidación de distintas cargas de materia orgánica y también bajo la configuración del sistema plantado (P/HC- 185 CCM) y no plantado (NP/HC-CCM). La integración de una celda combustible microbiana en un humedal construido si es capaz de generar energía en forma de electricidad mediante la biodegradación de la materia orgánica contenida en las aguas servidas y de forma simultanea mejorar el rendimiento del humedal construido como sistema de tratamiento.

34 MUCHAS GRACIAS