Cometabolismo

El cometabolismo se define como la degradación simultánea de dos compuestos , en la que la degradación del segundo compuesto (el sustrato secundario ) depende de la presencia del primero (el sustrato primario ). ^{[ 1 ]} Esto contrasta con el catabolismo simultáneo , donde cada sustrato es catabolizado concomitantemente por diferentes enzimas . ^{[ 1 ] [ 2 ]} El cometabolismo ocurre cuando una enzima producida por un organismo para catalizar la degradación de su sustrato de crecimiento para obtener energía y carbono de él también es capaz de degradar compuestos adicionales. La degradación fortuita de estos compuestos adicionales no favorece el crecimiento de las bacterias, y algunos de estos compuestos pueden incluso ser tóxicos para las bacterias en ciertas concentraciones. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

El primer informe de este fenómeno fue la degradación del etano por la especie Pseudomonas methanica . ^{[ 4 ]} Estas bacterias degradan su sustrato de crecimiento, el metano, con la enzima metano monooxigenasa (MMO) . Se descubrió que la MMO era capaz de degradar etano y propano, aunque las bacterias no podían utilizar estos compuestos como fuentes de energía y carbono para crecer. ^{[ 4 ]}

Otro ejemplo es Mycobacterium vaccae , que utiliza una enzima alcano monooxigenasa para oxidar el propano. Casualmente, esta enzima también oxida, sin coste adicional para M. vaccae , el ciclohexano a ciclohexanol . Por lo tanto, el ciclohexano se cometaboliza en presencia de propano. Esto permite el crecimiento comensal de Pseudomonas en ciclohexano. Esta última puede metabolizar el ciclohexanol, pero no el ciclohexano. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

Algunas de las moléculas que son degradadas cometabólicamente por bacterias son compuestos xenobióticos persistentes , como PCE , TCE y MTBE , que tienen efectos nocivos en diversos tipos de entornos. Por lo tanto , el cometabolismo se utiliza como un método para degradar biológicamente los solventes . ^{[ 7 ] [ 4 ]}

El cometabolismo puede utilizarse para la biodegradación del metil-terc-butil éter (MTBE) , un contaminante del medio acuático. Se ha descubierto que algunos miembros del género Pseudomonas son capaces de degradar completamente el MTBE mediante cometabolismo con las enzimas que producen para oxidar n-alcanos (por ejemplo, metano , propano ). ^{[ 7 ]}

Además, un método prometedor de biorremediación de solventes clorados implica el cometabolismo de los contaminantes por microorganismos aerobios en aguas subterráneas y suelos. Se ha demostrado que varios microorganismos aerobios son capaces de hacer esto, incluidos los oxidadores de n-alcanos , compuestos aromáticos (por ejemplo, tolueno , fenol ) y amonio . ^{[ 4 ] [ 3 ]} Un ejemplo es Pseudomonas stutzeri OX1 , que puede degradar tetracloroetileno (PCE) . ^{[ 6 ]} El PCE, uno de los principales contaminantes de las aguas subterráneas, se consideraba indegradable en condiciones aerobias y solo se degradaba mediante deshalogenación reductiva para ser utilizado como sustrato de crecimiento por los organismos. ^{[ 6 ]} La deshalogenación reductiva a menudo resulta en la decloración parcial del PCE, dando lugar a compuestos como TCE , DCE y cloruro de vinilo . Pseudomonas st. OX1 puede degradar PCE en condiciones aeróbicas mediante la tolueno-o-xileno monooxigenasa (ToMO), una enzima que produce para obtener energía y carbono del tolueno y otros compuestos aromáticos. Este proceso biológico podría utilizarse para eliminar PCE de sitios contaminados aeróbicamente. ^{[ 6 ]}

Sin embargo, las dificultades y los altos costos de mantener los sustratos de crecimiento de los organismos capaces de cometabolizar estos compuestos peligrosos y proporcionarles un ambiente aeróbico han limitado la aplicación a escala de campo del cometabolismo para la degradación de disolventes contaminantes. Recientemente, se ha propuesto mejorar este método de remediación mediante la sustitución de los sustratos de crecimiento aromáticos sintéticos (por ejemplo, tolueno) de estas bacterias por metabolitos secundarios vegetales de bajo costo. ^{[ 8 ]}