Bioremediation of oil by marine microbial mats / La biorremediación del petróleo por la acción de los tapetes microbianos marinos

ABSTRACT

Cyanobacterial mats developing in oil-contaminated sabkhas along the African coasts of the Gulf of Suez and in the pristine Solar Lake, Sinai, were collected for laboratory studies. Samples of both mats showed efficient degradation of crude oil in the light, followed by development of an intense bloom of Phormidium spp. and Oscillatoria spp. Isolated cyanobacterial strains, however, did not degrade crude oil in axenic cultures. Strains of sulfate-reducing bacteria and aerobic heterotrophs were capable of degrading model compounds of aliphatic and aromatic hydrocarbons. Results indicate that degradation of oil was done primarily by aerobic heterotrophic bacteria. The oxygenic photosynthesis of oil-insensitive cyanobacteria supplied the molecular oxygen for the efficient aerobic metabolism of organisms, such as Marinobacter sp. The diurnal shifts in environmental conditions at the mat surface, from highly oxic conditions in the light to anaerobic sulfide-rich habitat in the dark, may allow the combined aerobic and anaerobic degradation of crude oil at the mat surface. Hence, coastal cyanobacterial mats may be used for the degradation of coastline oil spills. Oxygen microelectrodes detected a significant inhibition of photosynthetic activity subsequent to oil addition. This prevailed for a few hours and then rapidly recovered. In addition, shifts in bacterial community structure following exposure to oil were determined by denaturing gradient gel electrophoresis of PCR-amplified fractions of 16S rRNA from eubacteria, cyanobacteria and sulfate-reducing bacteria. Since the mats used for the present study were obtained from oil-contaminated environments, they were believed to be preequilibrated for petroleum remediation. The mesocosm system at Eilat provided a unique opportunity to study petroleum degradation by mats formed under different salinities (up to 21%). These mats, dominated by cyanobacteria, can serve as close analogues to the sabkhas contaminated during the Gulf War in Kuwait and Saudi Arabia (AU)

RESUMEN

En la costa africana del canal de Suez y en el Lago Solar de la península del Sinaí, se recogieron muestras de tapetes de cianobacterias que crecen en «sabkhas» contaminadas por petróleo, para su posterior estudio. Dichas muestras degradaron de manera efectiva el petróleo en un ambiente iluminado; tras la degradación se produjo un crecimiento intenso de Phormidium spp. y Oscillatoria spp. Sin embargo, las cepas aisladas no degradan el petróleo en cultivos axénicos. Las cepas de bacterias sulfatorreductoras, así como los heterótrofos aeróbicos degradaban compuestos de hidrocarburos alifáticos y aromáticos. Los resultados indican que la degradación del petróleo se debía principalmente a la acción de las bacterias heterótrofas aeróbicas. La fotosíntesis oxigénica de cianobacterias no sensibles al petróleo proporcionaba el oxígeno molecular para el metabolismo aeróbico de organismos como Marinobacter sp. Los cambios diurnos de las condiciones ambientales en la superficie del tapete, desde altas concentraciones de oxígeno durante la fase iluminada a altas concentraciones de sulfuro y anaerobiosis en la oscuridad, permiten la degradación combinada aeróbica y anaeróbica de crudo de petróleo en la superficie del tapete. Así pues, los tapetes de cianobacterias que se desarrollan en la costa pueden utilizarse para la degradación de los vertidos de petróleo que afectan la costa. Mediante electrodos de oxígeno se detectó una inhibición significativa de la actividad fotosintética posterior al añadido de petróleo Dicha inhibición se prolongó durante algunas horas y luego se recuperó rápidamente. Además, el análisis mediante electroforesis de gel en gradiente desnaturalizante (DGGE) de las fracciones de RNA 16S de eubacterias, cianobacterias y bacterias sulfatorreductoras amplificadas mediante PCR, reveló un cambio estructural en las comunidades bacterianas. Puesto que los tapetes usados para el estudio fueron obtenidos en ambientes contaminados por petróleo, se cree que dichos tapetes están preequilibrados para la biorremediación del petróleo. El sistema de mesocosmos en Eilat ha proporcionado una oportunidad única para estudiar la degradación del petróleo mediante tapetes formados a distintas salinidades (de hasta el 21 por ciento). Estos tapetes, en los que predominan las cianobacterias, sirven como análogos a las “sabkhas” contaminadas durante la Guerra del Golfo en Kuwait y en Arabia Saudí. (AU)