RESUMO
Abstract Oxalate is a highly oxidized organic acid anion used as a carbon and energy source by oxalotrophic bacteria. Oxalogenic plants convert atmospheric CO2 into oxalic acid and oxalic salts. Oxalate-salt formation acts as a carbon sink in terrestrial ecosystems via the oxalate-carbonate pathway (OCP). Oxalotrophic bacteria might be implicated in other carbon-storage processes, including the synthesis of polyhydroxyalkanoates (PHAs). More recently, a variety of bacteria from the Andean region of Colombia in Narino have been reported for their PHA-producing abilities. These species can degrade oxalate and participate in the oxalate-carbonate pathway. The aim of this study was to isolate and characterize oxalotrophic bacteria with the capacity to accumulate PHA biopolymers. Plants of the genus Oxalis were collected and bacteria were isolated from the soil adhering to the roots. The isolated bacterial strains were characterized using biochemical and molecular biological methods. The consumption of oxalate in culture was quantified, and PHA production was monitored in batch fermentation. The polymeric composition was characterized using gas chromatography. Finally, a biosynthetic pathway based on our findings and on those from published sources is proposed. Strains of Bacillus spp. and Serratia sp. were found to metabolize calcium oxalate and synthesize PHA.
Resumen El oxalato es un anión de ácido orgánico altamente oxidado usado como fuente carbono y energía por bacterias oxalotróficas. Las plantas oxalogénicas convierten CO2 atmosférico en ácido oxálico y sales oxálicas. La formación de sales de oxalato actúa como un sumidero de carbono en ecosistemas terrestres via oxalato-carbonato (OCP). Las bacterias oxalotróficas podrían estar implicadas en otros procesos de almacenamiento de carbono, incluyendo la síntesis de polihidroxialcanoatos (PHAs). Recientemente, una variedad de bacterias de la región andina colombiana en Nariño ha sido reportada por su habilidad para producir PHAs. Estas especies pueden degradar oxalato y participar en la vía del oxalato-carbonato. El objetivo de este estudio fue aislar y caracterizar bacterias oxalotróficas con capacidad de acumular biopolímeros PHA. Se colectaron plantas del genero Oxalis y se aislaron bacterias del suelo adheridas a las raíces. Las cepas bacterianas aisladas se caracterizaron usando métodos bioquímicos y de biología molecular. Se cuantificó el consumo de oxalato en cultivo, y se monitoreó la producción de PHA en fermentación por lotes. La composición polimérica se caracterizó usando cromatografía de gases. Finalmente, se propone una via biosintética basada en nuestros hallazgos y en los de otras fuentes publicadas. Se encontró que las cepas de Bacillus spp. y Serratia sp. metabolizan oxalato de calcio y sintetizan PHA.
Resumo O oxalato é um ânion de ácido orgânico altamente oxidado utilizado como fonte de carbono e nergía por bactérias oxalotróficas. As plantas oxalogênicas convertem CO2 atmosférico em ácido oxálico e sais oxálicos. A formação de sais de oxalato atua como um sumidouro de carbono em ecossistemas terrestres via oxalato-carbono (OCP). As bactérias oxalotróficas poderiam estar envolvidas em outros processos de armazenamento de carbono, incluindo a sínteses de polihidroxialcanoatos (PHAs). Recentemente, uma variedade de bactérias da região Andina colombiana no Departamento de Nariño foi reportada devido a sua habilidade para produzir PHAs. Estas espécies podem degradar oxalato e participar na via oxalato-carbono. O objetivo de esse estudo foi isolar e caracterizar bactérias oxalotróficas com capacidade de acumular biopolímeros PHA. Plantas do género Oxalis foram coletadas e se isolaram bactérias do solo aderido a suas raízes. As cepas bacterianas isoladas se caracterizaram utilizando métodos bioquímicos e de biologia molecular. O consumo de oxalato em cultivo foi quantificado, e a produção de PHA foi monitorada em fermentação por lotes. A composição polimérica se caracterizou utilizando Cromatografia de Gases. Finalmente, se propõe uma via biossintética baseada em nossos resultados juntamente com resultados da literatura. Se encontrou que as cepas de Bacillus spp. e Serratia sp. metabolizam oxalato de cálcio e sintetizam PHA.
Assuntos
Oxalatos , Bactérias/classificação , Cromatografia GasosaRESUMO
Introducción: El ácido oxálico (H2C2O4) y las sales de oxalato son sustancias altamente oxidadas y consideradas tóxicas para algunos sistemas biológicos, incluido el humano, no obstante, pueden ser utilizadas como fuente de carbono y energía por algunas comunidades bacterianas, denominadas oxalotróficas, las cuales por su capacidad metabólica forman parte de la ruta biogeoquímica oxalato-carbonato (OCP, oxalate-carbonate pathway). Objetivo: Aislar y caracterizar bacterias oxalotróficas a partir de plantas del género Oxalis sp., de zonas alto-andina de Nariño- Colombia. Materiales y métodos: Se recolectaron muestras de suelo rizosférico de plantas oxalogénicas que fueron analizadas con parámetros fisicoquímicos y se utilizó un medio selectivo Schlegel para el aislamiento de bacterias oxalotróficas. Resultados: Las bacterias aisladas en medio selectivo Schlegel fueron caracterizadas bioquímicamente como: (Serratia fonticola, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus subtilis, Bacillus vallismortis y Bacillus cereus). Estas especies fueron capaces de degradar oxalato e incrementar el pH producto de la degradación. Conclusión: Este tipo de bacterias pueden ser estudiadas en trabajos complementarios para evaluar su potencial como biofertilizantes y/o alternativas de bioremediación en suelos ácidos. El estudio a pesar de ser indicativo a nivel biológico, puede en un futuro y con base en mayores soportes en investigación, tornarse en una promisoria aplicación para reducir el oxalato de calcio en los alimentos de consumo diario que presentan un renglón de importancia agrícola en la región, potencialmente dañinos para la función renal.
Introduction: Oxalic acid (H2C2O4) and oxalate salts are highly oxidized substances, which are considered as toxic for some biological systems, including the human being; however, they can be used as a source of carbon and energy for some bacterial communities called oxalotrophic which are part of the so called oxalate-carbonate geochemistry pathway (OCP) due to its metabolic capacity. Objective: The aim of this research was to isolate and characterize oxalotrophic bacteria from plants of the genus Oxalis sp. in the high-andean zone of the department of Nariño, Colombia. Materials and methods: Samples of rhizosphere soil from oxalogenic plants were analyzed with physicochemical parameters and a Schlegel selective medium was used to isolate oxalotrophic bacteria. Results: The isolated bacteria through Schlegel selective medium were identified biochemically as: (Serratia fonticola, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus subtilis, Bacillus vallismortis and Bacillus cereus). The identified species play an important role in the rhizosphere soil, principally for the capacity to increase the pH during oxalate consumption. Conclusion: This type of bacteria can be studied in additional studies to evaluate their potential as bio-fertilizers and/or bioremediation alternatives in acid soils. Despite that the study is indicative at a biological level, it can become a promising application, in the future and with greater support in research, to reduce the calcium oxalate in food of daily consumption which represent an agricultural important line in the region and are potentially harmful to kidney finction.
