Thesis:

Rol de la bioaumentación con la bacteria Pseudomonas sp. MHP4I y caracterización de las comunidades microbianas en la biorremediación de herbicidas s-triazinas en suelos agricolas contaminados

Los herbicidas s-triazinas, como la simazina, se utilizan ampliamente en zonas agrícolas y forestales para el control de malezas. Estos compuestos son tóxicos, altamente persistentes y su presencia en aguas superficiales y subterráneas constituye un problema ambiental global. En Chile, cultivos de relevancia económica son tratados con simazina. Los microorganismos del suelo cumplen un rol clave en la biodegradación de compuestos xenobióticos, y la bioaumentación se presenta como una estrategia biotecnológica prometedora por ser aplicable in situ, con bajo costo e impacto ambiental. Esta tesis plantea que la bioaumentación con la bacteria degradadora de s-triazinas Pseudomonas sp. MHP41 mejora la degradación de simazina en suelos agrícolas contaminados, y que las comunidades microbianas locales experimentan cambios estructurales frente a dicha intervención y a la presencia del herbicida. El estudio se desarrolló en dos tipos de suelo agrícola de la Región de Valparaíso, con diferencias en textura, contenido de materia orgánica e historial de aplicación de simazina. Se determinaron coeficientes y entalpías de adsorción del herbicida. La bioaumentación se evaluó en microcosmos y a escala de campo, aplicando la cepa MHP41 inmovilizada en alginato. La atenuación de simazina se cuantificó mediante HPLC, y la actividad catabólica de degradadores de simazina (ACIDS) se estimó mediante número más probable. El análisis de comunidades microbianas mediante técnicas moleculares independientes de cultivo (bibliotecas génicas, T-RFLP y FISH) permitió caracterizar su diversidad y los cambios inducidos por la bioaumentación. Los resultados mostraron que la simazina se adsorbe moderadamente a los suelos, principalmente por interacción con la materia orgánica y la arcilla. Este proceso es reversible, por lo que el herbicida permanece disponible para su biodegradación. En microcosmos sin historial de simazina, la bioaumentación aumentó la remoción del compuesto y la ACIDS respecto de los controles. En suelos con historial de aplicación, se observó atenuación natural, pero la inoculación con MHP41 redujo la vida media de la simazina y elevó la ACIDS. A escala de campo, la atenuación natural fue el principal mecanismo de remoción. Además, se evidenció una alta diversidad bacteriana en los suelos estudiados y la presencia de miembros activos del dominio Archaea. La bioaumentación generó cambios en la estructura de las comunidades microbianas, afectando la composición y abundancia relativa de grupos específicos como Alphaproteobacteria, Acidobacteria y Planctomycetes. La integración de microbiología clásica con metodologías moleculares independientes de cultivo es esencial para entender el catabolismo de xenobióticos en ambientes complejos. Este trabajo contribuye al desarrollo de biotecnologías con criterios ambientales para abordar la gestión de residuos de herbicidas.

s-Triazine herbicides, such as simazine, are widely used for weed control in agricultural and forestry systems. These compounds are toxic, highly persistent in the environment, and their detection in surface and groundwater represents a global environmental concern. In Chile, economically important crops are treated with simazine. Soil microorganisms play a key role in the biodegradation of xenobiotic compounds, and bioaugmentation has emerged as an effective biotechnological strategy for environmental remediation due to its in situ application, low cost, and minimal environmental impact. This thesis hypothesized that bioaugmentation with the s-triazine-degrading bacterium Pseudomonas sp. MHP41 enhances the degradation of simazine in contaminated agricultural soils and that native microbial communities undergo structural changes in response to inoculation and exposure to the herbicide. The study was conducted in two agricultural soils from the Valparaíso Region, differing in texture, organic matter content, and historical use of simazine. Adsorption coefficients and thermodynamic parameters of herbicide adsorption were determined. Bioaugmentation with the MHP41 strain (immobilized in alginate) was evaluated in soil microcosms and under field conditions. Simazine attenuation was quantified by HPLC, and the catabolic activity of degraders (ACIDS) was estimated using the most probable number method. Microbial community diversity and structural changes were assessed through gene libraries, T-RFLP, and FISH analyses. Results showed that simazine exhibits moderate adsorption to the studied soils through interactions with organic matter and clay. This process is reversible, allowing the compound to remain available for biodegradation. In soils without prior simazine application, bioaugmentation increased both simazine removal and ACIDS compared to controls. In soils with a history of simazine use, natural attenuation was observed; however, inoculation with MHP41 reduced the herbicide’s half-life and enhanced catabolic activity. At the field scale, natural attenuation was the primary mechanism of simazine removal. A high bacterial diversity was detected in the agricultural soils, along with active members of the Archaea domain. Bioaugmentation with MHP41 induced changes in the composition and relative abundance of key phylogenetic groups such as Alphaproteobacteria, Acidobacteria, and Planctomycetes. This study highlights the value of integrating classical microbiology with culture-independent molecular techniques to understand xenobiotic catabolism in complex environments. Furthermore, it contributes to the development of environmentally responsible biotechnologies for herbicide residue management.