Enhancing phthalate and phenol degradation in environmental bacteria via pSEVA428-ACBE3 induced random mutagenesis

Abstract

La industria del plástico ha crecido considerablemente en las últimas décadas, generando una gran cantidad de residuos. Entre los más preocupantes se encuentran el fenol y los ftalatos (plastificantes), estos últimos suelen ser descritos como disruptores endocrinos y están asociados a la infertilidad. Este trabajo se ha centrado en intentar mejorar las tasas de degradación de estos contaminantes mediante la obtención de cepas bacterianas mutagénicas utilizando un sistema de desaminasa (pSEVA428-ACBE3). Se utilizó una cepa modelo de Cupriavidus sp., con evidencias previas de degradación de fenol. También se seleccionaron varios aislados ambientales que, en estudios previos del mismo proyecto, habían mostrado capacidad de degradación para algunos de los ftalatos. Estos aislados se obtuvieron de la plastisfera agrícola de Girona, en el marco del proyecto NYMPHE. En este estudio se ha evaluado la capacidad de diversas cepas bacterianas para degradar ftalatos y fenol, analizando tanto su toxicidad como su crecimiento utilizando estos compuestos como única fuente de carbono. Se aplicaron dos estrategias para la incorporación del plásmido pSEVA428-ACBE3: la electroporación, que no tuvo éxito en ninguna de las cepas, y el triparental mating, que solo fue efectivo en la cepa de Cupriavidus. Esta fue la única cepa que mostró toxicidad en presencia de ácido ftálico (PA) y fenol a 600 ppm, mientras que en las demás no se observó inhibición del crecimiento. A pesar de haber seleccionado los aislados con mayor potencial degradador en estudios previos, no se detectó crecimiento bacteriano con ningún ftalato como única fuente de carbono.. Se realizaron tres ciclos de mutagénesis con la cepa transformada de Cupriavidus, los resultados de crecimiento a 200 ppm no fueron significativamente diferentes respecto al control. Si bien en el ciclo 3, se detectó crecimiento a 600 ppm de fenol, inicialmente tóxico, tras una fase de latencia de aproximadamente 48 horas. Esto sugiere que, aunque no se logró una cepa con una mejor tasa de degradación, el sistema de mutagénesis con desaminasas es funcional, aunque probablemente se requieran más ciclos para generar cambios fenotípicos sustanciales.

The plastics industry has grown considerably in recent decades, generating a large amount of waste. Among the most worrying are phenol and phthalates(plasticizers), the latter are often described as endocrine disruptors and are associated with infertility. This work has focused on attempting to improve degradation rates of these contaminants by obtaining mutagenic bacterial strains using a deaminase system (pSEVA428-ACBE3). A stock Cupriavidus sp. strain, with previous evidence of phenol degradation, was used. Several environmental isolates were also selected which, in previous studies of the same project, had shown degradation capacity for some of the phthalates. These isolates were obtained from the agricultural plastisphere of Girona, within the framework of the NYMPHE project. In this study, the ability of several bacterial strains to degrade phthalates and phenol was evaluated, analyzing both their toxicity and their growth using these compounds as the only carbon source. Two strategies were applied for the incorporation of the pSEVA428-ACBE3 plasmid: electroporation, which was not successful in any of the strains, and triparental mating, which was only effective in the Cupriavidus strain. This was the only strain that showed toxicity in the presence of phthalic acid (PA) and phenol at 600 ppm, while no growth inhibition was observed in the others. Despite having selected the isolates with the highest degradation potential in previous studies, no bacterial growth was detected with any phthalate as the sole carbon source. Three cycles of mutagenesis were performed on the transformed Cupriavidus strain, the growth results at 200 ppm were not significantly different from the control. Although in cycle 3, growth was detected at 600 ppm phenol, initially toxic, after a dormancy phase of approximately 48 hours. This suggests that, although a strain with an improved degradation rate was not achieved, the deaminase mutagenesis system is functional, although more cycles are probably required to generate substantial phenotypic changes.

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