Caracterización molecular de poblaciones arqueanas metanogénicas presentes y activas en el tratamiento anaerobio de hidrolizados de bagazo tequilero e interpretación del bioproceso mediante métodos estadísticos multivariados

Abstract

RESUMEN

La comunidad microbiana presente en los bioprocesos de digestión anaerobia para el tratamiento de bagazo de agave es la responsable de la producción de biogás, concentración de metano y remoción de materia orgánica. En este estudio se analizaron las comunidades microbianas presentes y activas en dos reactores alimentados con hidrolizados de bagazo de agave obtenidos mediante pretratamientos ácido (HA) y enzimático (HE). Este análisis consideró la presencia y actividad de los grupos de bacterias y arqueas totales a través de las técnicas de biología molecular de PCR cuantitativa (qPCR) y secuenciación masiva. Es importante mencionar, que se utilizó el mismo inóculo en ambos biorreactores, por lo cual las diferencias observadas en las comunidades microbianas se atribuyeron al tipo de hidrolizado utilizado en cada uno de los bioprocesos. Los resultados sobre la actividad (ARN) de la comunidad indicaron que el bioproceso HA alcanzó una producción de 16.6 L/día de biogás y un rendimiento de 0.293 L CH4/gDQO; mientras que, el bioproceso HE tuvo una producción máxima de 9,5 L/día de biogás y un rendimiento de 0.16 L CH4/gDQO. Los estudios moleculares de qPCR mostraron una disminución de la actividad de toda la comunidad microbiana presente en el biorreactor HE con valores para las bacterias de 8. 70x105 a 1.62 x105 copias/mL y arqueas de 3.06x104 a 1.53x104 copias/mL; mientras que en el biorreactor HA se observó una importante disminución de bacterias con valores de 1.22x107 a 2.36x106 copias/mL y valores constantes de las poblaciones arqueanas de 2.75 x105 a 1.88x105 copias/mL. Al estudiar la presencia (ADN) de las comunidades microbianas no se obtuvieron correlaciones entre las variables, que explicaran el desempeño de los bioprocesos. Los resultados de secuenciación masiva evidenciaron distintas dinámicas de poblaciones en los dos biorreactores, observándose una disminución en las asociaciones sintróficas en el sistema HE y el aumento de dichas asociaciones en el sistema HA. Adicionalmente, se observó que el reactor HA presentó menor diversidad microbiana, una mayor redundancia metabólica y uniformidad en sus grupos dominantes en comparación con el biorreactor HE donde fue mayor la diversidad de la comunidad microbiana. Los análisis estadísticos de correlaciones sugierieron que el biorreactor HE tuvo un bajo desempeño debido a que la actividad de la comunidad microbiana disminuyó a causa de la acumulación de ácido propiónico y azúcares totales ocasionada por la desgranulación del lodo, que conllevó a bajos rendimiento y producción de biogás. Mientras que en el biorreactor HA la produción de metano vía propionato fue favorecida por la actividad de poblaciones sintroficas. Este trabajo, a través del estudio molecular de la actividad microbiana, permitió observar cambios en la dinámica poblacional de bacterias y arqueas que se correlacionaron estadísticamente a factores fisicoquímicos e ingenieríles.