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La costa Patagónica se encuentra expuesta a la contaminación por hidrocarburos de origen antrópico, los cuales pueden persistir en los sedimentos costeros, sobre todo en regiones frías. La biodegradación mediada por bacterias autóctonas constituye un mecanismo importante de eliminación de estos contaminantes del medio ambiente. El objetivo general de esta Tesis fue incrementar nuestro conocimiento sobre las poblaciones bacterianas degradadoras de hidrocarburos alifáticos en sedimentos costeros crónicamente contaminados de ambientes subantárticos (Bahía Ushuaia, Tierra del Fuego). Para ello, se emplearon diferentes técnicas moleculares independientes del cultivo de microorganismos, basadas tanto en el análisis de genes marcadores funcionales, marcadores filogenéticos, así como también estrategias metagenómicas. Como marcador funcional se utilizaron los genes alkB, que codifican para la subunidad catalítica del complejo enzimático Alcano hidroxilasa AlkB, una familia de enzimas clave en el metabolismo aeróbico de alcanos. Se observó la existencia de una gran diversidad de variantes de genes alkB en los sedimentos de Bahía Ushuaia, con una predominancia de secuencias relacionadas al filo Proteobacteria, y Actinobacteria en segundo lugar. Al analizar una muestra representativa de sedimentos por secuenciación en gran escala de amplicones del gen para el ARN ribosomal 16S, se observó una comunidad dominada por géneros bacterianos conocidos por su capacidad de degradar hidrocarburos o que se han visto asociadas a la biodegradación a bajas temperaturas: Oleispira, Pseudoalteromonas, Glaciecola, y Psychrobacter. Asimismo, miembros del clado Roseobacter (Alphaproteobacteria), y del género Nocardioides (Actinobacteria) también fueron abundantes. Evaluamos la respuesta de la comunidad bacteriana frente a una exposición experimental a petróleo crudo con y sin el agregado de nutrientes. La comunidad bacteriana del sedimento respondió rápidamente, observándose cambios tanto a nivel funcional como estructural. A nivel funcional, se identificaron secuencias de genes alkB que pueden ser consideradas relevantes ecológicamente, y que pueden ser utilizadas para el desarrollo de herramientas moleculares de diagnóstico ambiental. A nivel estructural, sugerimos que los miembros del clado Roseobacter, Maribius (Alphaproteobacteria), junto con Nocardioides (Actinobacteria), serían importantes en los procesos de atenuación natural de hidrocarburos alifáticos en este ambiente. Luego del tratamiento con petróleo crudo y nutrientes, se produce un cambio drástico en la estructura de la comunidad bacteriana, seleccionándose predominantemente los géneros Alcanivorax (Gammaproteobacteria) y Thalassospira (Alphaproteobacteria). Asimismo, observamos el enriquecimiento de varios géneros que no habían sido reportados asociados a la biodegradación de hidrocarburos, en particular de los ordenes Caulobacterales y Flavobacteriales. La utilización de dos estrategias metagenómicas nos permitió seguir ampliando el espectro de diversidad de los genes alkB característicos de sedimentos de Bahía Ushuaia, y estudiar aspectos de la organización génica. En conjunto, nuestros resultados indican que la importancia de miembros del filo Bacteroidetes con respecto al potencial de biodegradación de hidrocarburos en ambientes costeros de zonas rías podría haber sido subestimada. Mediante la construcción y el análisis de una biblioteca metagenómica en fósmidos, se identificaron dos fragmentos genómicos (de longitud 33 kb y 38 kb), conteniendo secuencias AlkB de longitud completa y novedosas, como así también genes contiguos potencialmente involucrados en el metabolismo de alcanos y lípidos. Ambos fragmentos genómicos se encontraron relacionados con los genomas de miembros del filo Planctomycetes. No existían hasta el momento reportes de la presencia de genes que codifican para la degradación de alcanos en este grupo filogenético, el cual se encuentra aún muy poco estudiado. En resumen, el estudio mediante métodos independientes del cultivo de las comunidades microbianas de un ambientes frío crónicamente contaminado de la Patagonia, nos permitió la identificación de genes biomarcadores y microorganismos indicadores para la biodegradación de alcanos en estos ambientes, inferir su posible respuesta a la exposición a petróleo crudo y su comportamiento frente a la bioestimulación con nutrientes, así como también avanzar en el análisis del contexto genómico de algunos de estos genes en grupos microbianos ecológicamente relevantes pero aún poco conocidos.

En esta tesis doctoral se presentan los resultados obtenidos en el marco de la aplicación de dos herramientas importantes para ser tenidas en cuenta en el manejo, restauración y monitoreo de ecosistemas acuáticos contaminados por metales pesados: el Modelo del Ligando Biótico y la Fitorremediación, evaluadas en dos aguas naturales de nuestro país con características físico-químicas extremas, como lo constituyen las aguas del Río Pilcomayo, caracterizadas por los elevados valores de sus iones principales como por la gran carga de sólidos que transporta y las aguas del Arroyo Morales, afluente del Río Matanza-Riachuelo, caracterizadas por el elevado pH y elevada concentración de sodio y alcalinidad. El Río Pilcomayo presenta también una gran variación inter-estacional en su caudal que, de acuerdo al análisis realizado, afecta directamente la hidroquímica del río ya que los iones mayoritarios muestran una variación inter-estacional con valores superiores en la estación seca. Los sólidos totales en suspensión son mayores en la estación húmeda y constituyen los principales transportadores de los metales pesados que este río recibe provenientes de la actividad minera en su alta cuenca. El mecanismo determinante del contenido iónico en el agua del Río Pilcomayo en la cuenca baja es la evaporación-cristalización en ambas estaciones. Dado el efecto directo de la hidroquímica sobre la biodisponibilidad y toxicidad de los metales en los organismos acuáticos, se estudió la toxicidad aguda del cobre, cinc, cadmio y plata en la especie nativa Cnesterodon decemmaculatus, en agua del Río Pilcomayo y en agua del Arroyo Morales, que mostró el siguiente patrón: plata>cobre>cadmio>>cinc y en agua del Arroyo Morales; cobre>>cinc. La variable físico-química con mayor influencia sobre la toxicidad de los metales fue la dureza. Se aplicó el Modelo del Ligando Biótico a cada calidad de agua y cada metal para evaluar la validez de una extrapolación inter-específica de la predicción de toxicidad aguda del modelo para la especie P. promelas. La extrapolación mostró ser válida sólo para el cobre en agua del Río Pilcomayo, para el resto, el modelo tendió a sobrestimar la toxicidad. Esto podría deberse a las limitaciones del modelo en cuanto al rango de valores de los parámetros físico-químicos con los que ha sido calibrado, a que los individuos empleados en los ensayos constituían estadíos menos sensibles y/ó a la menor sensibilidad de C. decemmaculatus respecto a P. promelas a la presencia de los metales estudiados. La especie acuática flotante nativa Salvinia minima presentó una gran capacidad para remover nutrientes, cobre y cinc, tanto en medio de cultivo como en un agua natural como el agua del Río Pilcomayo, incrementándose el contenido del metal en la biomasa a mayor concentración del mismo en solución. La remoción de cobre fue fundamentalmente por biosorción. Esto permitiría una recuperación relativamente sencilla del metal removido. Asimismo, esta especie presentó una baja traslocación del metal a la biomasa aérea, evidenciando un efecto protector de la maquinaria fotosintética. Estas características hacen de esta especie una buena elección para el tratamiento de aguas y efluentes con elevados niveles de los nutrintes y metales estudiados. El trabajo realizado en esta tesis contribuye con la evaluación de herramientas que puedan ser aplicadas, en un futuro, en la generación de una normativa y en el manejo y monitoreo ambiental de las aguas basados en las características propias de nuestras especies y nuestros cuerpos de agua.

En el presente trabajo de tesis se evaluó la respuesta de una batería de parámetros biomarcadores fisiológicos, bioquímicos y moleculares en teleósteos dulceacuícolas, útiles y aplicables en la evaluación de la calidad de cuerpos de agua afectados por compuestos orgánicos persistentes (COPs) de origen antrópico. Se evaluaron biomarcadores de contaminación asociados a la biotransformación (actividad enzimática de glutatión-Stransferasa, inmunodetección de la proteína CYP1A y la actividad catalítica de la EROD, niveles de metabolitos biliares); al estrés oxidativo (actividad enzimática de la catalasa, superóxido dismutasa y niveles de TBARS) y asociado a la presencia de desorganizadores endócrinos (inmunodetección de vitelogenina plasmática). También se determinaron los índices fisiológicos factor de condición e índice hepatosomático. Se utilizaron como organismos prueba ejemplares juveniles de Cyprinus carpio y de diferentes especies nativas frecuentadoras de fondo. Se evaluaron los efectos adversos por exposición de dichas especies a diferentes tipos de COPs (hidrocarburos aromáticos policíclicos, bifenilos policlorados y compuestos con efecto desorganizador endócrino) por medio de ensayos de laboratorio y mediante evaluaciones a campo por exposición en jaulas (Río de la Plata y río Luján) y de recolección de especies nativas. Los resultados obtenidos permitieron caracterizar y comparar el efecto de los diferentes COPs sobre las respuestas de los biomarcadores en las especies prueba. Se demostró que el confinamiento de peces en jaulas es una metodología de trabajo útil en la evaluación de la calidad ecotoxicológica de ríos periurbanos. Se utilizaron técnicas que permitieron realizar un análisis de los resultados comparando e integrando las respuestas de los biomarcadores en los ensayos de laboratorio y de campo in situ. Se elaboró una línea de base para cada parámetro biomarcador y se proporcionó información de referencia sobre la variabilidad natural de los mismos que puede ser empleada en futuros ensayos de laboratorio y de evaluación de ambientes acuáticos afectados por COPs.