"Respuesta de microorganismoscomúnmente utilizados en biolixiviación,

a salinidades similares al agua de mar"

Dr. Pedro Galleguillos P.

Dra. Cecilia Demergasso S.

Centro de Biotecnología “Profesor Alberto Ruiz”Universidad Católica del Norte

Centro de Investigación Científico y Tecnológica para la Minería CICTEM

Antofagasta, 15 de Noviembre de 2012

Equilibrio osmótico y efecto de cambios de concentración de solutos.

[solutos] externa = [solutos] interna

H2O en equilibrio

[solutos] externa > [solutos] interna

Deshidratación, muerte o

estado durmiente

H2O tiende a salir de la célula

Comprime volumen

Equilibrio osmótico

[solutos] externa = [solutos] interna

H2O en equilibrio

[solutos] externa < [solutos] interna

Lisis, muerte

H2O tiende a entrar en la

célula

Aumenta el volumen

[solutos] externa > [solutos] interna

Deshidratación, muerte o

estado durmiente

H2O tiende a salir de la célula

Comprime volumen

Ambientes con baja actividad de agua

Mecanismos de homeostasis

• Transporte activo de iones, como K+.

• Síntesis de solutos compatibles (osmoprotectores u

osmolitos).

• Acuaporinas.

PLS

3-01

PLS

3-02

PLS

3-03

PLS

3-04

PLS

2-05PL

S 2-

21

Refino

H2O

H2SO

4

Extracción por

solvente

Electro-obtención Cátodos de

Cu

Geomembrana

PLS

Continuo reciclaje produce aumento

en la concentración de

solutos.

Diagrama del proceso de Biolixiviación de Minera Escondida Ltda.

¿Existen acidófilos que puedan ser activos a elevada fuerza osmótica?

(sales de Cl- y SO42-)Prospección microbiológica con el objetivo de encontrar

microorganismos activos en soluciones con baja actividad de agua .

(oxidantes de Fe y S)Enriquecimientos desde soluciones

de operación.

Agregó sales, fuentes de energía

Leptospirillum ferriphilum Sp-Cl

Capaz de mantener actividad Fe-oxidante en presencia de elevadas concentraciones de sales (sulfato, NaCl), en soluciones de planta industrial de biolixiviación.

Fallaron varios intentos incluyendo cepa de colección Thiobacillus prosperus, único descrito como halófilo-acidófilo, capaz de oxidar Fe en soluciones con similares características que el agua de mar.

5 µm

Microorganismos de ambiente natural salino y ácido.Salar de la tercera

región, localizado entre depósitos de S

Enriquecimiento

Aislamiento

Acidithiobacillus thiooxidans Cl

Capaz de mantener actividad S-oxidante en presencia de elevadas concentraciones de sales (sulfato, NaCl) en soluciones de Planta industrial de Biolixiviación.

Proyecto Bioprospección CB-1090/2007 (CBAR, financiamiento BHP-Billiton)

BioChlorTM BHP-Billiton, desarrollado en conjunto con CBAR, Application number, 2008/6478 , 18 July 2008.Summary of invention

The invention, in one aspect, is based on the surprising discovery that the use of a cosortium of iron oxidising and sulphur oxidising halophilic or halotolerant microorganisms have what is believed to be a communalistic relationship which improves the bioleaching process. For the reasons which are not fully understood at present, it appears that the microorganisms in the consortiun participate in a symbiotic relationship in which one microorganism, or microorganisms, as the case may be, are largely unaffected. In pactise this translates into improved bioleaching efficiency under defined particular conditions.

BioChlorTM BHP-Billiton

Cultivo/cepa Origen Tolerancia NaCl [mM]

L. ferriphilum Sp-CL Minera Spence 600

A. thiooxidans Cl Salar ácido 1200

L. ferriphilum IESL25 Minera Escondida Ltda. 150

A. thiooxidans IESL33 Minera Escondida Ltda. 1200

A. caldus CBAR5 Minera Escondida Ltda. >150*

Cultivo mixto MB Minera Mantos Blancos 800

Cultivos y máximas concentración de NaCl a la que se registra actividad Fe ó S oxidante

* En estudio

Investigación asociada (CBAR-CICITEM-FCV)Proyecto Innova-Corfo “Desarrollo de arreglos de ADN especializados para el monitoreo de transcriptomas industriales de

biolixiviación”L. ferriphilum Sp-ClA. thiooxidans Cl A. thiooxidans

Cepa tipo

2346 1437419

ClTipo

Análisis genómico comparativo

Sulfobacillus thermosulfidooxidans CBAR 13

La combinación de esta información con datos de expresión génica ayudan a comprender los mecanismos de tolerancia y en general de todas las capacidades de estos microorganismos

Evidencia de respuesta de L. ferriphilum IESL25 a la presencia de elevadas concentraciones de sulfato (análisis proteómicos).

1 2 3 4

6

7

5

9

A B

Geles de electroforesis bidimensional de proteínas extraídad de cultivos de L. ferriphilum crecidos en medio de cultivo y medio de cultivo (A) suplementado con 600 mM de MgSO4 (B)

Proteínas identificadas y metabolismos involucrados.

Aumento de expresiónDisminución de expresión

Mantienen nivel de expresión

Análisis de solutos compatiblesCromatografía iónica

A. thiooxidans IESL33

Espectrometría de masa

L. ferriphilum IESL25Trealosa 1 mM

Medio cultivo

Medio cultivo + 100 mM MgSO4

Medio cultivo + 300 mM MgSO4

Reactor BioChlor

Conclusiones

Fue posible desarrollar un proceso de biolixiviación en el que se puede utilizar soluciones con baja actividad de agua, con un adecuado consorcio bacteriano.

Se requiere de investigación aplicada para ofrecer alternativas a la creciente demanda de agua fresca en procesos mineros.

Existen diferencias genéticas entre microorgansimos de la misma especie que permitirían su desarrollo en ambientes extremos y posibles aplicaciones biotecnológicas.

Trealosa y prolina son solutos compatibles sintetizados por organismos capaces de mantener actividad lixiviante en soluciones industriales que contienen elevadas concentraciones de NaCl (Proceso BioChlorTM).

Centro de Biotecnología UCN

Mauricio AcostaAlex EcheverríaVíctor ZepedaKarina SalinasDayana Arias

BHP-Billiton

George F. RautenbachHannes StraussCarol Davis-Belmar

Financiamiento

• Innova-Corfo 08-CM01-03.

• Proyecto Bioprospección BHP-Billiton.

• CICITEM.

• Conicyt, beca Doctorado en el extranjero 05-DOC-FIC-45.

• Fondef D04I1169.