INVESTIGACIÓN

Una cianobacteria podría guardar la llave del procesado eficiente de la orina humana en aguas residuales

Además de servir para remediar el amonio permite producir cianoficina, un compuesto de alto interés en biotecnología

El tratamiento de las aguas residuales en el mundo es un problema global. Se estima que el 80% no reciben el tratamiento adecuado debido a los altos costes energéticos de la nitrificación.

La orina humana aporta el 70% de la carga de nitrógeno presente en las aguas residuales urbanas, mientras que la contribución al volumen total de las aguas residuales es del 1%. Además, la orina aporta el 40% de la carga de fósforo y el 60% de la carga de potasio. Este alto contenido de nutrientes explica por qué se están estudiando diversas tecnologías para recuperar el fósforo y el nitrógeno de la orina. Sin embargo, la proporción molar entre nitrógeno y fósforo al ser de 30-46:1 representa una barrera para biorremediación con microalgas. A esto se añade que las altas concentraciones de nitrógeno en forma de amonio inhiben el crecimiento de las microalgas debido a su toxicidad.

La mejor solución es desarrollar una tecnología de remediación basada en el uso de cianobacterias, mejor adaptadas a este tipo de soluciones, con alta capacidad para acumular compuestos como polifosfatos para almacenamiento de fósforo, cianoficina o ficobiliproteínas para el almacenamiento de nitrógeno.

Con objeto de explorar una tecnología de biorremediación con cianobacterias, investigadores de la Universidad de Wageningen, en Países Bajos, han utilizado Synechocystis como modelo experimental para recuperar y reutilizar el nitrógeno de la orina humana diluida en aguas residuales. Esta cianobacteria está ampliamente estudiada y es fácil de cultivar, pudiéndose utilizar tanto amonio, urea y nitrato como fuente de nitrógeno.

En el estudio también se exploró la posibilidad de producir cianoficina, un polímero de aminoácidos no proteico compuesto por cantidades equimolares de ácido aspártico y arginina con alto interés para la biotecnología como fuente de ácido poliaspártico. La cianoficina puede ser empleado también como dispersante o para reducir la corrosión en la producción de petróleo o gas natural.

Los resultados del estudio demuestran que es posible cultivar Synechocystis con amonio y urea como fuente de nitrógeno. Esta concentración puede ser de 1,25 g de amonio, aunque lo recomendable es que se haga con 0,5 g. Por otra parte, la presencia de urea, como sucede en la orina fresca, “debe controlarse cuidadosamente”, ya que la intensidad de la luz cambia durante los ciclos día-noche y la limitación de la luz puede blanquear los cultivos debido a un proceso de clorosis. Teniendo en cuenta una serie de circunstancias aceptables desde un enfoque de aguas residuales, la inhibición del nitrógeno no representa un problema para el proceso.

Además, la acumulación de cianoficina en la biomasa de Synechocystis presentó valores transitorios durante el cultivo. La biomasa de la cianobacteria alcanzó proporciones de N:P extremadamente altas de hasta 92:1 en comparación con los valores típicos de las microalgas 16-22:1.

De esta forma se pone de manifiesto el alto potencial de este proceso para la recuperación simultánea y completa de nitrógeno y fósforo en aguas similares a las residuales con alta concentración de orina, con la posibilidad de obtener cianoficina.

Referencia:
Canizales, S., Sliwszcinka, M., Russo, A. et al. Cyanobacterial growth and cyanophycin production with urea and ammonium as nitrogen source. J Appl Phycol (2021). https://doi.org/10.1007/s10811-021-02575-0El tratamiento de las aguas residuales en el mundo es un problema global. Se estima que el 80% no reciben el tratamiento adecuado debido a los altos costes energéticos de la nitrificación. 

 

La orina humana aporta el 70% de la carga de nitrógeno presente en las aguas residuales urbanas, mientras que la contribución al volumen total de las aguas residuales es del 1%. Además, la orina aporta el 40% de la carga de fósforo y el 60% de la carga de potasio. Este alto contenido de nutrientes explica por qué se están estudiando diversas tecnologías para recuperar el fósforo y el nitrógeno de la orina. Sin embargo, la proporción molar entre nitrógeno y fósforo al ser de 30-46:1 representa una barrera para biorremediación con microalgas. A esto se añade que las altas concentraciones de nitrógeno en forma de amonio inhiben el crecimiento de las microalgas debido a su toxicidad. 

 

La mejor solución es desarrollar una tecnología de remediación basada en el uso de cianobacterias, con alta capacidad para acumular compuestos como polifosfatos para almacenamiento de fósforo, cianoficina o ficobiliproteínas para el almacenamiento de nitrógeno.

 

Con objeto de explorar una tecnología de biorremediación con cianobacterias, investigadores de la Universidad de Wageningen, en Países Bajos, han utilizado Synechocystis como modelo experimental para recuperar y reutilizar el nitrógeno de la orina humana diluida en aguas residuales. Esta cianobacteria está ampliamente estudiada y es fácil de cultivar, pudiéndose utilizar tanto amonio, urea y nitrato como fuente de nitrógeno.

 

En el estudio también se exploró la posibilidad de producir cianoficina, un polímero de aminoácidos no proteico compuesto por cantidades equimolares de ácido aspártico y arginina con alto interés para la biotecnología como fuente de ácido poliaspártico. La cianoficina puede ser empleado también como dispersante o para reducir la corrosión en la producción de petróleo o gas natural.

 

Los resultados del estudio demuestran que es posible cultivar Synechocystis con amonio y urea como fuente de nitrógeno. Esta concentración puede ser de 1,25 g de amonio, aunque lo recomendable es que se haga con 0,5 g. Por otra parte, la presencia de urea, como sucede en la orina fresca, “debe controlarse cuidadosamente”, ya que la intensidad de la luz cambia durante los ciclos día-noche y la limitación de la luz puede blanquear los cultivos debido a un proceso de clorosis. Teniendo en cuenta una serie de circunstancias aceptables desde un enfoque de aguas residuales, la inhibición del nitrógeno no representa un problema para el proceso.

 

Por otra parte, la acumulación de cianoficina en la biomasa de Synechocystis presentó valores transitorios durante el cultivo. La biomasa de la cianobacteria alcanzó proporciones de N:P extremadamente altas de hasta 92:1 en comparación con los valores típicos de las microalgas 16-22:1.

 

De esta forma se pone de manifiesto el alto potencial de este proceso para la recuperación simultánea y completa de nitrógeno y fósforo en aguas similares a las residuales con alta concentración de orina, con la posibilidad de obtener cianoficina.

Referencia:
Canizales, S., Sliwszcinka, M., Russo, A. et al. Cyanobacterial growth and cyanophycin production with urea and ammonium as nitrogen source. J Appl Phycol (2021). https://doi.org/10.1007/s10811-021-02575-0