Biodiversidad microbiana del compostaje mediante técnicas de secuenciación masiva


Modernas técnicas de análisis genético desmienten algunas hipótesis establecidas sobre la diversidad microbiana en el compostaje de residuos lignocelulósicos, en especial su evolución durante el proceso.

Etapas del compostaje y su microbiología.

El compostaje es, por definición, un proceso biológico aeróbico en el cual los microorganismos presentes en los sustratos orgánicos degradan y transforman la materia orgánica en un producto estable con características húmicas denominado COMPOST. Fruto de esa actividad metabólica, se producen grandes emisiones de CO2 y un incremento de la temperatura de las pilas, que a su vez se convierte en un factor selectivo microbiano durante el proceso.

Así, se pueden discernir varias etapas o fases en función de ella. La primera de ellas es la denominada “etapa mesofílica”, que coincide con el inicio del proceso de compostaje hasta que la temperatura alcanza valores cercanos a 50-60ºC, entrando en lo que se conoce como la “fase termófila”. La duración de cada una de estas fases dependerá de la naturaleza de los residuos orgánicos que se composten, así como del sistema para oxigenar las mezclas (sistema de volteos, ventilación forzada, etc.) entre otros. Después de la etapa termófila viene la “fase de enfriamiento”, donde la actividad biológica empieza a ralentizarse descendiendo la temperatura. Algunos autores denominan a esta fase como la “segunda etapa mesófila”. Finalmente, y cuando ya se alcanza la temperatura ambiente, entramos en la “etapa de maduración” donde la actividad microbiológica es prácticamente mínima. En la gráfica siguiente se muestra una evolución típica de la misma y algunas de las especies más representativas analizadas en los estudios científicos sobre microbiología del compostaje:

 
Compostaje
Figura. Sucesión microbiana y ambiental durante el compostaje (Moreno y Mormeneo, 2008).
 

 Análisis de la biodiversidad mediante técnicas de secuenciación masiva del ADN. 

La biodiversidad microbiana de cualquier muestra se puede hacer fundamentalmente mediante dos técnicas: las dependientes y las independientes de cultivo, en función de si tenemos que cultivar los microorganismos que queremos conocer o no en condiciones controladas de laboratorio. Las primeras, conocidas como clásicas, tienen como principal factor limitante que solo un pequeño porcentaje de los microorganismos pueden reproducirse en condiciones controladas de laboratorio, produciendo un sesgo importante. Para evitarlo, en los últimos años se has desarrollado las técnicas independientes de cultivo, que solo necesitan aislar el ADN presente en una muestra, amplificarlo mediante técnicas de PCR y secuenciarlo.

En los últimos años hemos presenciado un crecimiento exponencial de la información biológica basada en el material genético. Tras el desarrollo de la técnica de la PCR que permite amplificar el material genético y sobre todo y gracias a los grandes proyectos de secuenciación de los genomas de organismos (como el del Genoma Humano), las técnicas de biología molecular nos brindan una inmensa información para reconocer a los microorganismos presentes en cualquier muestra. Todo esto está aumentando el conocimiento de la microbiología del compostaje, con el enorme potencial que eso conlleva desde el punto de vista de mejora del proceso. Todavía quedan muchas incógnitas por resolver, sobre todo sobre su evolución durante el proceso.

 

Pirosecuenciación a lo largo del compostaje 

Para estudiar la microbiología del compostaje, los autores de este trabajo han utilizado técnicas de secuenciación masiva aislando ADN de las bacterias presentes en las pilas de compostaje en la etapa mesófila, la termófila y la de enfriamiento, con el fin de conocer mejor su evolución. Para eso han estudiado varios compostajes de residuos lignocelulósicos provenientes del arroz, café y caña de azúcar mezclados con estiércoles de oveja y vaca. Aunque la ingente cantidad de información recogida en este trabajo científico es muy difícil de sintetizar en esta entrada, si se puede destacar algunos resultados muy importantes que contradicen ciertos paradigmas establecidos hasta la fecha sobre la microbiología del compostaje. El primero de ellos es que la biodiversidad de bacterias es diferente al principio y al final del proceso, lo que desmiente la idea de que la flora bacteriana mesofílica recoloniza los composts durante la segunda etapa mesófila. Otro de los resultados importantes es que se han identificado un gran número de microorganismos que tradicionalmente no estaban presentes en la maduración de los composts, lo que arroja luz sobre el enorme potencial biológico de los composts en agricultura. Aunque para eso, se requiere todavía mucha investigación…

 ResearchBlogging.orgLa Fuente: de Gannes V, Eudoxie G, & Hickey WJ (2013). Prokaryotic successions and diversity in composts as revealed by 454-pyrosequencing. Bioresource technology, 133, 573-80 PMID: 23475177

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