{"id":31054,"date":"2022-02-04T17:38:53","date_gmt":"2022-02-04T16:38:53","guid":{"rendered":"https:\/\/www.pty-design.com\/elpezdisco\/?p=31054"},"modified":"2024-02-05T11:47:46","modified_gmt":"2024-02-05T10:47:46","slug":"el-ciclo-del-nitrogeno-arqueas-y-oxidacion-anaerobica","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.pty-design.com\/elpezdisco\/el-ciclo-del-nitrogeno-arqueas-y-oxidacion-anaerobica\/","title":{"rendered":"El ciclo del nitr\u00f3geno, arqueas y oxidaci\u00f3n anaer\u00f3bica"},"content":{"rendered":"\n

Esta publicaci\u00f3n es para compartir, de forma condensada, lo aprendido en una reciente lectura sobre el ciclo del nitr\u00f3geno, arqueas y oxidaci\u00f3n anaer\u00f3bica de compuestos nitrogenados en el acuario, nivel avanzado!<\/p>\n\n\n\n

Se trata de una publicaci\u00f3n de 2013 de la Universidad de Antioqu\u00eda, en Colombia, y todos los cr\u00e9ditos van para sus autores. Se llama \u201cProcesos, bacterias y arqueobacterias involucrados en el ciclo biol\u00f3gico del nitr\u00f3geno para la eliminaci\u00f3n de compuestos nitrogenados en ecosistemas de agua dulce, una revisi\u00f3<\/strong>n sistem\u00e1tica\u201d.<\/p>\n\n\n\n

Con las herramientas de la universidad, los autores han buscado publicaciones relevantes en ingl\u00e9s a nivel mundial, con palabras clave como \u201cnitrogen cycle\u201d, \u201cbacteria\u201d, \u201carchaea\u201d, \u201cfreshwater\u201d, \u201caquatics ecosystems\u201d y \u201caquarium\u201d. De 380 publicaciones pre-seleccionadas, se usaron las 54 m\u00e1s relevantes para extraer todo lo coincidente sobre los procesos y sus participantes en el ciclo del nitr\u00f3geno en ecosistemas de agua dulce.<\/p>\n\n\n\n

Veremos los subprocesos del ciclo del nitr\u00f3geno, la nitrificaci\u00f3n y desnitrificaci\u00f3n, y leeremos sobre bacterias, arqueas (reino propio igual que las bacterias y eukarya, donde est\u00e1n animales y plantas), enzimas y genes. Entenderemos mejor el ciclado de un acuario, los desajustes bacterianos en el filtro y su impacto en la calidad del agua, as\u00ed como la forma en que la filtraci\u00f3n anaer\u00f3bica ayuda a descomponer compuestos nitrogenados. Son \u00e9stos amonio, nitrito y nitrato fundamentalmente, como residuos del metabolismo de los animales y restos org\u00e1nicos en descomposici\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

Y despu\u00e9s de esto, seguiremos sin saberlo todo y enfrent\u00e1ndonos a situaciones que no logramos entender con claridad. Ni la ciencia lo conoce todo. Por eso nos beneficia tener en cuenta lo que s\u00ed se sabe.<\/p>\n\n\n\n

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Comportamiento de los compuestos nitrogenados durante el ciclado de un acuario.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

El objetivo es eliminar estos compuestos nitrogenados, que en determinadas concentraciones son t\u00f3xicos para los peces. El nitr\u00f3geno es un gas atmosf\u00e9rico y est\u00e1 en constante intercambio. Ese intercambio lo realizan microorganismos, reduciendo la toxicidad del compuesto o incluso haciendo inocuo al nitr\u00f3geno al liberarlo al ambiente.<\/p>\n\n\n\n

Los procesos del ciclo del nitr\u00f3geno y sus actores:<\/h3>\n\n\n\n

– Fijaci\u00f3n de nitr\u00f3geno (sin inter\u00e9s en este caso, ya que lo que buscamos es su eliminaci\u00f3n)<\/p>\n\n\n\n

– Nitrificaci\u00f3n: Oxidaci\u00f3n aer\u00f3bica de amonio y oxidaci\u00f3n de nitrito. Bacterias oxidantes de amonio (AOB) o arqueas oxidantes de amonio (AOA).<\/p>\n\n\n\n

– Desnitrificaci\u00f3n: Oxidaci\u00f3n aer\u00f3bica del nitrito. Bacterias oxidadoras de nitrito (NOB).<\/p>\n\n\n\n

– Oxidaci\u00f3n anaer\u00f3bica del nitrato.<\/p>\n\n\n\n

– Anammox: Oxidaci\u00f3n anaer\u00f3bica de amonio<\/p>\n\n\n\n

El riesgo para las condiciones del ambiente viene cuando no se completan los procesos. Los problemas asociados son la eutrofizaci\u00f3n,  cuando los microorganismos consumen el ox\u00edgeno de su entorno, y la formaci\u00f3n de espuma. Adicionalmente puede aparecer amonio y amoniaco.<\/p>\n\n\n\n

Posiblemente se haya subestimado la cantidad de microorganismos que participan en los procesos, porque no son organismos proclives a ser cultivados artificialmente y por tanto estudiados. Las nuevas t\u00e9cnicas moleculares han permitido demostrar que las bacterias que participan en los procesos de oxidaci\u00f3n de compuestos nitrogenados, usan el nitr\u00f3geno en sus procesos metab\u00f3licos. Estas bacterias son aerobios facultativos, lo que significa que pueden intercambiar el consumo de ox\u00edgeno por nitr\u00f3geno en condiciones an\u00f3xicas (anaer\u00f3bicas). Esta capacidad la obtienen sintetizando enzimas y esa facultad la dan ciertos genes.<\/p>\n\n\n\n

El gen 16S rRNA ha permitido distinguir y diferenciar multitud de microorganismos gracias a t\u00e9cnicas de amplificaci\u00f3n gen\u00e9tica como el PCR. Ahora sabemos, por ejemplo, qu\u00e9 tipos de proteobacterias nitrificantes son m\u00e1s importantes. As\u00ed se han descubierto tambi\u00e9n arqueas en el oc\u00e9ano. Y otro descubrimiento fueron los microorganismos que realizan la oxidaci\u00f3n anaer\u00f3bica del amonio (anammox). Oxidan el amoniaco NH4+ y reducen el nitrito NO2- y est\u00e1n muy presentes en ambientes acu\u00e1ticos an\u00f3xicos.<\/p>\n\n\n\n

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El proceso de la nitrificaci\u00f3n<\/h3>\n\n\n\n

La eliminaci\u00f3n biol\u00f3gica del nitr\u00f3geno se realiza con la nitrificaci\u00f3n y desnitrificaci\u00f3n. Durante la nitrificaci\u00f3n, primero un grupo de bacterias AOB oxidan amoniaco via hidroxilamina a nitrito. En una segunda etapa las NOB convierten el nitrito en nitrato (menos t\u00f3xico). En 1995 se sugiri\u00f3 que las AOA podr\u00edan desempe\u00f1ar un papel importante en el ciclo del nitr\u00f3geno. Desde entonces se han encontrado AOA  en diferentes entornos y estudios han demostrado su prevalencia en ambientes acu\u00e1ticos, pero el alcance de su actividad e importancia ecol\u00f3gica a\u00fan no se ha determinado.<\/p>\n\n\n\n

Pero tanto AOB como AOA se consideran esenciales en la oxidaci\u00f3n de amoniaco a nitrito. Frecuentemente se a\u00edslan m\u00e1s copias de genes de AOA que de AOB en diferentes ambientes. Cada vez hay m\u00e1s evidencia del papel de la nitrificaci\u00f3n en el sedimento de r\u00edos y lagos.<\/p>\n\n\n\n

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Reacciones y enzimas del ciclo de nitrificaci\u00f3n<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

El proceso de la desnitrificaci\u00f3n<\/h3>\n\n\n\n

Hay microorganismos que consumen el nitrato producido por la nitrificaci\u00f3n. Los productos de la nitrificaci\u00f3n se ven en la Figura 3 y son NO, N2<\/sub>O, N2<\/sub> y cuando se acaba produciendo N2, el proceso se llama desnitrificaci\u00f3n. La desnitrificaci\u00f3n se lleva a cabo por bacterias anaerobias. Las condiciones an\u00f3xicas llevan a las bacterias al consumo de nitrato como aceptor de electrones para la respiraci\u00f3n anaerobia.<\/p>\n\n\n\n

Ecol\u00f3gicamente, el proceso es importante porque se transforma el nitr\u00f3geno contenido en el nitrato en N2<\/sub> que puede liberarse a la atm\u00f3sfera.<\/p>\n\n\n\n

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Proceso Anammox<\/h3>\n\n\n\n

En 2004 se descubri\u00f3 la oxidaci\u00f3n anaer\u00f3bica del amoniaco por medio de bacterias anammox y AOA (arqueas oxidantes de amoniaco), demostrando que el amoniaco tambi\u00e9n se oxida en condiciones anaer\u00f3bicas. Estas bacterias se han identificado en muchos ambientes naturales, entre ellos los lagos de aguas dulces an\u00f3xicas tropicales.<\/p>\n\n\n\n

La reacci\u00f3n anammox implica la oxidaci\u00f3n acoplada de amonicaco y la reducci\u00f3n de nitrito para obtener N2<\/sub>. Este proceso realiza la oxidaci\u00f3n del amonio por la enzima hidracina oxidasa como intermediario y compite con la desnitrificaci\u00f3n en la producci\u00f3n de N2<\/sub>.<\/p>\n\n\n\n

Factores f\u00edsico qu\u00edmicos del ciclo del nitr\u00f3geno<\/h3>\n\n\n\n

La distribuci\u00f3n de comunidades bacterianas responden a una serie de factores como ox\u00edgeno y carbono, nitrato, nitr\u00f3geno inorg\u00e1nico, salinidad y presencia de ciertos iones, nitrito y sulfuro, pH y temperatura. El proceso \u00f3ptimo se da entre 15\u00b0 y 35\u00b0. La capacidad de desnitrificaci\u00f3n de un sistema acu\u00e1tico puede disminuir, por ejemplo cuando se agota el ox\u00edgeno, produciendo un desajuste entre la nitrificaci\u00f3n y la desnitrificaci\u00f3n. Un aumento del amonio tambi\u00e9n disminuye la nitrificaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

Diversidad de bacterias y arqueas en el ciclo del nitr\u00f3geno<\/h3>\n\n\n\n

Las bacterias nitrificantes son solamente una variedad de la comunidad bacteria. Su actividad y crecimiento son lentos. Son dif\u00edciles de estudiar por lo laborioso de la preparaci\u00f3n de cultivos apropiados y su lento crecimiento puede inducir a errores sobre su concentraci\u00f3n. Pero su participaci\u00f3n parece ser tan baja, que se sospecha que pueda haber otras bacterias involucradas, pero que son incultivables. Estos nuevos actores son tambi\u00e9n las bacterias anammox y las AOA.<\/p>\n\n\n\n

Otro factor importante para la diversidad de bacterias es la presencia de amonio NH3<\/sub>, que provoca la inibici\u00f3n de la respiraci\u00f3n de las AOB, donde Nitrobacter es afectado en concentraciones por debajo de 1mg\/L, mientras que las Nitrospiras se inhiben entre 0,04 y 0,08 mg\/L.<\/p>\n\n\n\n

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Las composiciones y abundancia de AOA y AOB var\u00edan ampliamente seg\u00fan el ambiente, pero las AOA pueden ser actores importantes en ambiantes desfavorables. Sin embargo, no se sabe su importancia relativa comparada con las AOB.<\/p>\n\n\n\n

El tratamiento anaer\u00f3bico por s\u00ed solo no es suficiente para eliminar la totalidad del nitr\u00f3geno. Se requiere una combinaci\u00f3n de procesos aer\u00f3bicos y anaer\u00f3bicos y un pretratamiento anaer\u00f3bico puede ser beneficioso para la eliminaci\u00f3n de nitr\u00f3geno mejorando la disoluci\u00f3n de materia org\u00e1nica en part\u00edculas.<\/p>\n\n\n\n

En cuanto a filtraci\u00f3n biol\u00f3gica, un sistema combinado de inundaci\u00f3n\/ drenaje seguido de c\u00e9lulas sumergidas, puede ser el sistema de reducci\u00f3n de nitr\u00f3geno m\u00e1s eficiente y adem\u00e1s mantiene bajos los niveles de nitrito en la acuicultura.<\/p>\n\n\n\n

Este ha sido el resumen\/ cita de los pasajes m\u00e1s relevantes para nosotros. La fuente est\u00e1 en un archivo en formato pdf descargable de internet. Aqu\u00ed dejo el enlace del art\u00edculo completo:<\/p>\n\n\n\n

https:\/\/revistas.udea.edu.co\/index.php\/hm\/article\/view\/20095<\/a><\/p>\n\n\n\n

Consideraciones finales<\/h2>\n\n\n\n

A lo mejor a d\u00eda de hoy ya se sabe m\u00e1s sobre las arqueas y su papel en el ciclo del nitr\u00f3geno, pero no he encontrado nada nuevo. He buscado los m\u00edsmos t\u00e9rminos de b\u00fasqueda que los autores y aparecen publicaciones posteriores, pero se refieren a depuraci\u00f3n de aguas, sustratos terrestres y el oc\u00e9ano. Nada de agua dulce. Si alguien sabe algo, puede dejar un enlace y\/o un comentario. <\/p>\n\n\n\n

Parece que no estamos haciendo nada equivocado con nuestro biofiltro anaer\u00f3bico como parte del sistema TAA reemplazando el reactor de resina anti-nitrato, hecho con canutillos de vidrio sinterizado bajo 6 cm de arena. Tambi\u00e9n parece que est\u00e1bamos en lo cierto al afirmar que las bacterias nitrificantes se multiplican mucho m\u00e1s despacio que el resto de bacterias, incluso a 28-30\u00b0C y que el sump parece ser un buen sistema de filtraci\u00f3n de nitr\u00f3geno.<\/p>\n\n\n\n

Me parece lo correcto hablar de ciclo del nitr\u00f3geno, y no de nitrificaci\u00f3n y me parece que es un ciclo genial para filtrar y hacer respirable los deshechos de nuestro metabolismo animal. Una tarea tan importante y la realizan microorganismos, en condiciones extremas si hace falta. Felicidades por haber llegado hasta aqu\u00ed, te has graduado en el ciclo del nitr\u00f3geno, arqueas y oxidaci\u00f3n anaer\u00f3bica.<\/p>\n\n\n\n

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