Tesis:
Fitorremediación de contaminantes persistentes: Una aproximación biotecnológica utilizando chpo (Populus spp.) como sistema de modelo.
- Autor: CAMPOS DEL POZO, Víctor Manuel
- Título: Fitorremediación de contaminantes persistentes: Una aproximación biotecnológica utilizando chpo (Populus spp.) como sistema de modelo.
- Fecha: 2011
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE MONTES
- Departamentos: BIOTECNOLOGIA
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/6134/
- Director/a 1º: GOMEZ FERNANDEZ, Luís
- Resumen: El ser humano ha contaminado todos los ecosistemas del planeta con una gran variedad de compuestos orgánicos antropogénicos, muchos de ellos de elevada toxicidad y persistencia. Para su descontarninación se suelen utilizar tratamientos físico-químicos convencionales, si bien éstos alteran seriamente las propiedades del sustrato, tienen una eficacia limitada y presentan costes muy elevados. Entre las alternativas que se manejan actualmente, ocupa un lugar destacado la Fitorremediación, una tecnología emergente que explota el extraordinario potencial extractivo y metabólico de las plantas. Por sus ventajas intrínsecas, las especies arbóreas de crecimiento rápido han suscitado un particular interés en este contexto, con el chopo (género Pópulos) a la cabeza. En esta Tesis se han estudiado las bases moleculares de la respuesta del chopo a la presencia de bifenilos policlorados (PCBs) y otros xenobióticos relevantes. Para ello se han analizado los cambios experimentados por el proteoma en tratamientos controlados y en condiciones axénicas, con objeto de impedir interferencias microbianas. Ello nos ha permitido identificar diversas familias proteicas cuyos miembros se inducen significativamente en presencia de xenobióticos. Entre otras funciones, estas familias están relacionadas con tolerancia a estrés oxidativo (transcetolasas, polifenol oxidasas), estabilidad de membranas celulares (osmotinas) o fotosíntesis (Rubisco y componentes de los fotosistemas). Entre los enzimas identificados, destaca una deshidrogenasa de la superfamilia SDR (Short-chain Dehidrogenase/Reductase), que hemos denominado PoSDR1, y que está relacionada estructuralmente con el enzima bacteriano Bphl3. Este enzima, cuya secuencia difiere notablemente de PoSDR1, participa activamente en la ruta degradativa de bifenilo/PCBs descrita en algunas cepas bacterianas, estando su gen estructural integrado en el operon bph. No se ha descrito ninguna ruta análoga en eucariotas hasta la fecha. Tras aislar y caracterizar el gen de PoSDR1, se realizaron los clonajes pertinentes para expresar heterélogamente la proteína de chopo en bacterias (Escherichia y Pseudomonas) y también en plantas transgénicas de Arabidopsis thaliana, El objeto último era analizar su potencial para programas de Fitorremediación, En el caso de bacterias, hemos contemplado desde la realización de ensayos enzimáticos in vitre hasta experimentos de complementación funcional de mutantes bph- in vivo. En Arabidopsis se ha seguido una estrategia de genética reversa para determinar si la expresión ectópica de PoSDR1, bajo el control del promotor constitutivo CaMV355, resultaba en un incremento en la capacidad de degradación de PCBs. En paralelo con los estudios anteriores, se ha llevado a cabo un análisis detallado de las relaciones estructura-función de PoSDR1, basado en la similitud estructural ya comentada entre esta proteína y BphB. Este estudio nos ha permitido proponer un mecanismo catalítico para la deshidrogenasa de chopo, que implica un relay protónico en el centro activo y la reducción concomitante de una molécula de NAD+, que actuaría como coenzima. La dienona resultante de la oxidación del sustrato experimentaría entonces una tautomerización ceto-enólica para rendir el correspondiente catecol de bifenilo. Los análisis fenotípicos de las líneas transgénicas de Arabidopsis revelaron que la sobreexpresión de POSDR1 mejoraba claramente su tolerancia a concentraciones moderadas de PCBs. También revelaron que mejoraba su capacidad degradativa respecto a las plantas control, El empleo de cuatro bifenilos diclorados diferentes en estos experimentos nos permitió además detectar cierta preferencia por sustratos con ambos cloros en orto. En resumen, en esta Tesis se ha identificado el primer enzima eucariótico implicado directamente en la degradación de PCBs, un paso importante para la eventual descontaminación de estos compuestos utilizando chopos u otras especies vegetales. A partir de aquí será preciso profundizar en la identificación de nuevos enzimas, como deshalogenasas, oxigenasas u otras oxidorreductasas, que catalicen pasos importantes en los procesos degradativos. Algunos de estos pasos se proponen en la Discusión. Será preciso asimismo transferir los genes relevantes a especies capaces de llevar a cabo descontaminaciones in situ.