Descripción: En la actualidad, diversos ambientes acuáticos naturales se encuentran contaminados por metales pesados y/o pesticidas producto del desarrollo industrial y agrícola de las últimas décadas. Los diversos métodos de depuración de efluentes contaminados en uso no siempre son efectivos y en general presentan altos costos de aplicación, por lo que es necesario desarrollar técnicas eficientes, de fácil aplicación, económicas y por sobre todo sustentables con el medio ambiente. En la presente tesis se evaluaron las capacidades de adsorción de dos macroalgas marinas (Ulva lactuca y Gymnogongrus torulosus), una maleza (Avena fatua) y una microalga de agua dulce (Asterococcus limneticus) como posibles biosorbentes de plomo, cadmio, cobre y zinc; así como la adsorción de Glifosato por U. lactuca. También se estudió el efecto de la presencia de estos metales en el crecimiento de A. fatua, siendo el cobre y el zinc los metales que afectan el crecimiento de la maleza, mientras que el cadmio y el plomo presentan alta afinidad por las partículas orgánicas de los suelos quedando menos biodisponibles para la planta. Las eficiencias de remoción de los distintos sustratos fueron determinadas en función del pH, la temperatura, el tiempo de contacto y las concentraciones iniciales de los distintos sorbatos. Los modelos de Langmuir, Freundlich, Temkin y Dubinin- Radushkevich fueron aplicados a los resultados experimentales, siendo el modelo de Langmuir el que mejor describe la adsorción en todos los casos analizados. Las capacidades de adsorción aumentan con el pH y la energía libre del proceso muestra que el sistema es espontáneo. Los estudios cinéticos demostraron que la adsorción de los distintos sorbatos sigue una cinética de pseudo segundo orden para la mayoría de los casos estudiados. Las eficiencias de remoción de los biomateriales soportados en matrices de agar y de HDPE se midieron y los resultados se compararon con los obtenidos para las suspensiones. Por último se evaluó la eficiencia de retención de U. lactuca empaquetada en columnas.

Descripción: El estudio de la capacidad complejante de un cuerpo de agua constituye un aporte esencial al conocimiento de la biodisponibilidad de los metales contaminantes; así como también sobre la posible distribución de estos metales en las distintas especies del sistema y aún más, estos estudios permiten evaluar el impacto que tendría una descarga de estos metales sobre el ecosistema en estudio. En esta tesis se estudió la capacidad complejante de un sistema con elevada cantidad de material particulado: el estuario del Río de la Plata. Este es el primer estudio reportado sobre un sistema acuático que acarrea elevada cantidad de material en suspensión y sus resultados son importantes ya que son extrapolables a otros sistemas que poseen la misma característica (Amazonas, Orinoco, Mississipi, etc.). Las fracciones solubles y particuladas fueron caracterizadas por distintos métodos. En la fracción soluble se analizaron los iones mayoritarios por cromatografía iónica y los componentes orgánicos por espectroscopia UV-visible. El material particulado fue caracterizado por espectroscopia infrarroja, difracción de rayos x, análisis de superficie específica por la técnica de adsorción de vapor de agua, microscopía de barrido electrónico y potencial Z, obteniéndose información sobre la morfología de las partículas, su distribución de tamaños, su superficie, su carga y su composición. Los resultados de los análisis de los parámetros de complejación recogidos a lo largo de tres años en distintas condiciones climáticas, hidromareológicas y de pH fueron analizados en forma comparativa. Los resultados indican que la capacidad complejante del sistema es muy elevada en comparación con otros estuarios. Esta se debe principalmente al material particulado y depende del grado de agitación de las aguas. El sistema complejante se encuentra bien descripto mediante dos sitios de complejación superficial, los cuales no están asociados al tamaño de partícula y cuyas concentraciones aumentan con la agitación de las aguas. Además se estudió la variación de la capacidad complejante por la competencia entre dos metales pesados (cadmio y plomo). Por otro lado, los resultados obtenidos indican que existe competencia entre ellos en ciertas condiciones y que existen efectos de coprecipitación superficial a elevadas concentraciones de ambos metales. Además, se estudió la competencia entre los ligandos del sistema natural y ligandos antropogénicos (DTPA, NTA, citrato, eligiéndose nuevamente como metal el cadmio. De este estudio se concluye que el DTPA es un ligando lo suficientemente fuerte como para desplazar todo el cadmio que se adsorbe en el material particulado. En el caso del NTA, este no logra desplazar al cadmio totalmente aun en condiciones de elevada concentración de ligando. Los estudios de la competencia con citrato indican una posible formación de complejos mixtos entre el material particulado, el metal y el citrato, lo cual fue corroborado mediante estudios de espectroscopia de reflectancia total atenuada y espectrometría de masas.

Descripción: Durante el período septiembre 1996 a noviembre 1997, se investigó la evolución de algunos parámetros bióticos y abióticos del río Matanza-Riachuelo (Pcia. de Buenos Aires). Este río atraviesa zonas con diversos usos del suelo, entre ellas, áreas urbanas muy contaminadas. Los muestreos se llevaron a cabo mensualmente en cinco estaciones diferentes. Se estudió la estructura y dinámica del fitoplancton además de las propiedades físicas y químicas del agua. El fitoplancton estuvo dominado por grupos Cyanophyceae, Chlorophyceae (en su mayoría Chlorococcales) y Bacillariophyceae (principalmente diatomeas céntricas), encontrándose las mayores densidades químicas más relevantes fueron los niveles extremadamente bajos de oxígeno disuelto y las elevadas cantidades de nutrientes, materia orgánica y cloruro presentes en el agua. Los metales pesados superaron los niveles guía para la protección de la vida acuática según estándares internacionales y la Ley Nacional de Residuos Peligrosos. Se realizaron bioensayos de inhibición del crecimiento algal con la especie estándar Selenastrum capricornutum Printz (Clase Chlorophyceae, Order Chlorococcales) con el fin de monitorear la calidad del agua y detectar toxicidad por metales pesados con el agregado de un quelante fuerte como el EDTA. En varias muestras, donde las concentraciones de metales fueron muy bajas, se obtuvo inhibición del crecimiento algal, mientras que en otras muestras donde las concentraciones de metales fueron muy altas, no se observó inhibición. Estos resultados indican la presencia de factores mitigantes en el agua tales como sustancias complejantes y la posibilidad de procesos de sinergismo y antagonismo entre los contaminantes presentes en las muesrtas. El único metal que mostró una correlación positiva con los porcentajes de inhibición obtenidos fue el níquel. En una segunda etapa se realizaron bioensayos con cuatro cepas de algas nativas aisladas de este río y pertenecientes a la Clase Chlorophyceae, Orden Chlorococcales. La finalidad de estos estudios fue establecer la resistencia a los metales cobre, cadmio y zinc. La especie más sensible fue Ankistrodesmus fusiformis, mientras que las más resistentes fueron Chlorella ellipsoidea, Scenedesmus acuminatus y Monoraphidium contortum.

Descripción: El objetivo general de este trabajo fue evaluar la utilización de biomasamicroalgal para la biosorción de metales en aguas y como materia prima rica en aceites procesables a biodiesel. Se seleccionaron dos especies microalgales: la diatomea Cyclotella meneghiniana para los estudios de acumulación de lípidos y biosorción de los metales cromo y plomo, y la microalga verde Golenkinia radiata para los estudios de acumulación de lípidos. Los estudios de caracterización superficial de la biomasa demostraron una amplia heterogeneidad de grupos funcionales superficiales disponibles (carboxilos, aminas, y silanol mayoritariamente). Se estudió el efecto del pH, la fuerza iónica, la dosis de biosorbente, el tiempo de contacto, y la concentración inicial de los metales en soluciones simples y binarias, sobre la biosorción de cromo y plomo. Se emplearon modelos cinéticos y de equilibrio a los cuales se ajustaron los datos experimentales. La biomasa presentó una mayor capacidad y afinidad de biosorción para el plomo respecto del cromo. La acumulación de lípidos fue mayor en C. meneghiniana respecto de G. radiata bajo condiciones de deficiencia de nitrógeno y fósforo, sin embargo G. radiata presentó una mayor productividad lipídica asociado a una mayor productividad en biomasa. C. meneghiniana presenta la capacidad de crecer en un efluente de un biodigestor anaeróbico con agregado de sílice permitiendo la biorremediación del efluente y la producción de biomasa y lípidos. Finalmente se estudió el escalamiento a cultivos masivos de G. radiata en regímenes batch y semicontinuos acoplado a un estrés salino para evaluar la acumulación y producción de lípidos. Se obtuvieron elevadas productividades de biomasa y lípidos con acumulación de carotenoides asociada a la fase de estrés.

Descripción: Euglena gracilis por sus características de desarrollo y crecimiento in vitro, constituye un excelente material de estudio para analizar como actúan diferentes tóxicos sobre las células vivas. Una de las respuestas más comunes de los organismos antes de iniciarse el proceso de muerte celular, es la aparición del llamado estrés oxidativo. El cromo hexavalente es un contaminante ambiental cuyos efectos citotóxicos en animales y vegetales están documentados tanto por datos epimediológicos como experimentales. Trabajos previos revelaron una mayor resistencia a este metal por parte de una cepa de Euglena gracilis denominada MAT, por haber sido aislada del río Matanza (río altamente contaminado de la provincia de Bs.As.), al compararla con otra proveniente de cepario (UTEX 753). Sobre la base de estos conocimientos se decidió iniciar estudios que puedan esclarecer el mecanismo de acción del cromo sobre estos microorganismos, su relación con el estrés oxidativo y tratar de encontrar una explicación a las diferencias observadas entre ambas cepas. Para ello se realizaron experiencias de toxicidad con ellas, crecidas en condiciones tanto autotróficas como heterotróficas y sometidas a diferentes concentraciones de cromo. Se determinaron diferentes parámetros metabólicos, entre ellos se evaluaron las defensas antioxidantes, la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS), la oxidación de lípidos y la variación en la composición de ácidos grasos. Se estudiaron también cambios en la actividad respiratoria y fotosintética. Para evaluar las posibles alteraciones morfológicas provocadas por el metal, se analizaron cambios ultraestructurales con microscopía de transmisión y analizador con rayos X. De los resultados obtenidos se puede decir que sólo con las concentraciones más elevadas de tóxico, las cuales no son habituales en la naturaleza, los índices de peroxidación lipídica fueron muy elevados. A pesar de observarse un aumento importante en la actividad antioxidante con el tratamiento, se observaron también alteraciones en la actividad respiratoria y fotosintética, junto con un aumento en la cantidad de ROS. Se pudo detectar la activación de una fosfolipasa C, relacionada con el sistema de transducción de señales. Estudios de ultraestructura revelaron la fragmentación del núcleo, la aparición de vacuolas con membranelas y estructuras electrodensas en su interior y un gran daño en los cloroplastos, siendo estos últimos los más afectados. Estas alteraciones se pudieron correlacionar con la disminución de los ácidos grasos involucrados con la actividad fotosintética (ac. linolénico). De todo lo observado se pudo confirmar que el cromo hexavalente provoca estrés oxidativo en las células de E. gracilis, independientemente de la condición de cultivo. Se observaron diferencias metabólicas de acuerdo a las condiciones de crecimiento. Las mayores diferencias entre las cepas MAT y UTEX radicaron en que la primera mostró un mecanismo de defensa antioxidante más eficiente, resultando la enzima superóxido dismutasa (SOD) la más remarcable, entre otras proteínas. Los estudios con rayos X revelaron la presencia de determinados elementos en la cepa MAT, de lo cual se podría inferir el uso de fosfatos como quelante del ión metálico y la producción de proteínas ricas en azufre como metalotioneínas, formando parte del sistema de defensa celular.

Descripción: El objetivo general de este trabajo es estudiar la forma de interacción entre tres matrices orgánicas diferentes y los metales pesados. Con este propósito, se diseñaron, sintetizaron y evaluaron tres nuevas matrices para ser utilizadas como agentes secuestrantes de metales pesados. Estos nuevos materiales son de naturaleza química diversa: polímeros, tensioactivos derivados de hidratos de carbono y biomasa muerta. Los tensioactivos presentados son derivados de alquil glucósidos, diseñados para obtener sustituyentes con capacidades quelantes en sus cabezas hidrofílicas. La obtención de estos compuestos se llevó a cabo mediante una síntesis en tres etapas. En una primer paso se produce la O-glicosidación de una unidad de glucosa con un alcohol graso. En una segunda etapa se realiza la conversión del grupo alcohol en C6 de la unidad de glucosa a ácido carboxílico. Finalmente en la última etapa se produce el acoplamiento de diferentes grupos funcionales en el carboxilo del ácido glucurónico buscando obtener la función quelante. Los ensayos para la remoción de metales pesados se llevaron a cabo empleando el método conocido como flotación. Las propiedades interfaciales de todos productos obtenidos son caracterizadas, así como también los equilibrios de formación de complejos para los productos más eficaces. La eficiencia de remoción es discutida en detalle en función de las propiedades estudiadas. El material polimérico utilizado es un polímero con sustituyentes tetrazólicos. Este producto es obtenido mediante una sencilla modificación química efectuada sobre fibras de un copolímero de acrilonitrilo que es un descarte industrial. La transformación consiste en una cilcoadición dipolar 1,3. El material así sintetizado demostró ser aplicable en la precipitación de metales pesados divalentes, presentando además la ventaja de ser reutilizable. Todos los materiales obtenidos, son caracterizados física, térmica y espectroscópicamente, con el objetivo de comprender la forma de interacción. La biomasa fue obtenida a partir del hongo macroscópico polyporus tenuiculus sin mayores tratamientos y fue utilizada como sorbente para metales pesados divalentes, en soluciones mono- y multi-sorbato. Se caracteriza la cinética, las isotermas de sorción y la dependencia de la eficiencia de remoción con los factores experimentales. El sorbente demuestra ser eficiente para remoción de metales pesados, presentando la ventaja se ser reutilizable. Se comparan las ventajas y desventajas en la utilización de las tras matrices estudiadas.

Descripción: Las tiorredoxinas (Trx) son proteínas pequeñas (ca. 12 KDa) y ubicuas que en los cloroplastos de las plantas exhiben dos isoformas, Trx-m y Trx-f, implicadas en la regulación lumínica de las enzimas. Aunque la mayoría de los trabajos realizados analizaron bioquímicamente las Trxs cloroplásticas, las técnicas de proteómica y genómica asociaron recientemente estas proteínas con una variedad de procesos novedosos. Sobre estas bases, estudiamos in vivo la vinculación de las Trx-m y Trx-f con las funciones biológicas. Para ello, construímos 4 y 6 líneas transgénicas que sobre-expresaban la Trx-m y la Trx-f de colza (Brassica napus), respectivamente, en Arabidopsis. Aunque los niveles de proteínas recombinantes en estas líneas independientes y homocigotas fueron de 2 a 10 veces superiores a la variedad nativa, no observamos características fenotípicas distintivas, ni variaciones significativas en la biomasa y el tenor de clorofilas. Sin embargo, cuanto mayor el nivel de Trxs, mayor era el contenido de almidón y azúcares solubles. Por otra parte, las respuestas a las condiciones ambientales adversas variaron con los perturbantes utilizados. Mayores niveles de Trx-m y Trx-f incrementaron la respuesta antioxidante cuando el estrés oxidativo era generado por H2O2 mientras que, ante el metil viológeno, la tolerancia fue (i) persistente en todas las líneas sobre-expresantes de Trx-m y (ii) ambigua para las contrapartes de Trx-f. Las plantas transgénicas exhibieron un comportamiento similar a la variedad nativa frente a otros inductores del estrés oxidativo (e.g. Rosa de Bengala). Los resultados obtenidos muestran in vivo que el incremento de las Trxs cloroplásticas capacitó a las plantas para una mayor asimilación fotosintética de CO2 y tolerancia a los perturbantes asociados al estrés oxidativo.

Descripción: Los colorantes y metales pesados están usualmente presentes en los efluentes industriales de las actividades de minería, textil, papel, cuero, imprenta, etc. La utilización de adsorbentes de bajo costo se propone como una técnica eficiente, sencilla y económica para la remoción de colorantes y metales pesados presentes en las descargas industriales. En el caso particular de esta tesis se planteó la evaluación del uso de filtros de arcilla natural con alto contenido del mineral arcilloso montmorillonita, en sistemas de flujo continuo para la remediación de un contaminante orgánico catiónico, Cristal Violeta (CV), proveniente de una solución sintética y de metales pesados presentes en un efluente real de la empresa Minera Raura S.A. ubicada en Perú. En este trabajo se utilizaron arcillas provenientes de Perú y Argentina, que fueron caracterizadas y modificadas previamente a la construcción de los filtros. Para la remoción de CV se construyeron filtros en pequeña escala (trabajo en laboratorio) y se evaluó la eficiencia del material filtrante (filtros calcinadas) en distintas condiciones de operación como ser, caudal de alimentación, concentración inicial de colorante y altura de la columna. Las muestras fueron analizadas mediante espectroscopía visible a intervalos definidos de tiempos. Para el análisis de datos se utilizaron los modelos de Adams-Bohart y Thomas predecir las curvas de ruptura y con ello establecer los parámetros característicos del proceso. Los resultados obtenidos a diferentes alturas de lecho (3,4 y 6,5 cm), flujos volumétricos (33,3 y 133,3 mLmin^-1) y concentración inicial (10 y 50 mgL^-1) indican que el tiempo de servicio de la columna y la capacidad de remoción mejoran cuando se incrementa la altura del lecho y disminuye el flujo volumétrico. Con respecto a los modelos el de Thomas presentó el mejor ajuste para la descripción de las curvas de ruptura en las condiciones experimentales y el modelo de Adams-Bohart resultó adecuado para el comportamiento dinámico inicial. Los ensayos de remediación llevados a cabo sobre el efluente minero fueron realizados in situ en la bocamina Gayco en la Compañía Minera Raura (Perú). La arcilla utilizada para construir el material filtrante fue previamente tratada (termoactivación ácida) y calcinada logrando una mejora en su capacidad de adsorción para los metales presentes. Las aguas del efluente minero se hicieron circular a través de 4 bloques secuenciales de arcilla modificada en una canaleta, manteniendo un tiempo de contacto de 5 días. Se analizó de manera diaria el contenido de metales pesados disueltos y totales (Cu, Zn y Fe), pH y sólidos en suspensión del efluente, antes y después del filtrado. Según los resultados, los filtros de arcilla modificada y calcinada tienen la capacidad de reducir la concentración de metales totales y disueltos, los sólidos en suspensión y el pH en las aguas del efluente minero (bocamina Gayco). Debido a estos resultados se decidió realizar un análisis preliminar para evaluar la eficiencia del material para la descontaminación Pb, Hg, Cd, As, Mn y Cr. Los resultados indicaron que los filtros utilizados retienen más del 40% de la concentración inicial. Los valores obtenidos después del tratamiento estuvieron por debajo de lo estipulado por la legislación vigente a excepción del Hg. Los resultados encontrados en este trabajo de tesis resultan de suma importancia para el tratamiento de flujo continuo de contaminantes tanto orgánicos como inorgánicos. La implementación de estos materiales pudo mostrarse efectiva no solo en una escala piloto sino también, a escala industrial.

Descripción: En esta tesis doctoral se presentan los resultados obtenidos en el marco de la aplicación de dos herramientas importantes para ser tenidas en cuenta en el manejo, restauración y monitoreo de ecosistemas acuáticos contaminados por metales pesados: el Modelo del Ligando Biótico y la Fitorremediación, evaluadas en dos aguas naturales de nuestro país con características físico-químicas extremas, como lo constituyen las aguas del Río Pilcomayo, caracterizadas por los elevados valores de sus iones principales como por la gran carga de sólidos que transporta y las aguas del Arroyo Morales, afluente del Río Matanza-Riachuelo, caracterizadas por el elevado pH y elevada concentración de sodio y alcalinidad. El Río Pilcomayo presenta también una gran variación inter-estacional en su caudal que, de acuerdo al análisis realizado, afecta directamente la hidroquímica del río ya que los iones mayoritarios muestran una variación inter-estacional con valores superiores en la estación seca. Los sólidos totales en suspensión son mayores en la estación húmeda y constituyen los principales transportadores de los metales pesados que este río recibe provenientes de la actividad minera en su alta cuenca. El mecanismo determinante del contenido iónico en el agua del Río Pilcomayo en la cuenca baja es la evaporación-cristalización en ambas estaciones. Dado el efecto directo de la hidroquímica sobre la biodisponibilidad y toxicidad de los metales en los organismos acuáticos, se estudió la toxicidad aguda del cobre, cinc, cadmio y plata en la especie nativa Cnesterodon decemmaculatus, en agua del Río Pilcomayo y en agua del Arroyo Morales, que mostró el siguiente patrón: plata>cobre>cadmio>>cinc y en agua del Arroyo Morales; cobre>>cinc. La variable físico-química con mayor influencia sobre la toxicidad de los metales fue la dureza. Se aplicó el Modelo del Ligando Biótico a cada calidad de agua y cada metal para evaluar la validez de una extrapolación inter-específica de la predicción de toxicidad aguda del modelo para la especie P. promelas. La extrapolación mostró ser válida sólo para el cobre en agua del Río Pilcomayo, para el resto, el modelo tendió a sobrestimar la toxicidad. Esto podría deberse a las limitaciones del modelo en cuanto al rango de valores de los parámetros físico-químicos con los que ha sido calibrado, a que los individuos empleados en los ensayos constituían estadíos menos sensibles y/ó a la menor sensibilidad de C. decemmaculatus respecto a P. promelas a la presencia de los metales estudiados. La especie acuática flotante nativa Salvinia minima presentó una gran capacidad para remover nutrientes, cobre y cinc, tanto en medio de cultivo como en un agua natural como el agua del Río Pilcomayo, incrementándose el contenido del metal en la biomasa a mayor concentración del mismo en solución. La remoción de cobre fue fundamentalmente por biosorción. Esto permitiría una recuperación relativamente sencilla del metal removido. Asimismo, esta especie presentó una baja traslocación del metal a la biomasa aérea, evidenciando un efecto protector de la maquinaria fotosintética. Estas características hacen de esta especie una buena elección para el tratamiento de aguas y efluentes con elevados niveles de los nutrintes y metales estudiados. El trabajo realizado en esta tesis contribuye con la evaluación de herramientas que puedan ser aplicadas, en un futuro, en la generación de una normativa y en el manejo y monitoreo ambiental de las aguas basados en las características propias de nuestras especies y nuestros cuerpos de agua.

Descripción: Los polímeros conductores han sido ampliamente utilizados en diversas aplicaciones, entre ellas su uso como herramienta analítica en la fabricación de sensores. La polianilina es uno de los polímeros conductores más utilizados, ya que presenta ventajas como su fácil y económica síntesis, adecuada estabilidad y propiedades fisicoquímicas bien definidas. En base a estas propiedades se han logrado desarrollar sensores de polianilina capaces de detectar bajas concentraciones de distintas moléculas (NADH, H2O2, glucosa, entre otras). Por otro lado, estos sensores también presentan ciertas limitaciones como la dificultad de derivatizar la polianilina para diseñar sistemas integrados en los que todos los reactivos necesarios estén unidos covalentemente a la superficie del electrodo. Otra limitación muy importante de la polianilina es el hecho de que ésta necesita de un pH ácido para experimentar cambios en su estado de oxidación, con los consiguientes cambios en conductividad y en velocidad de los procesos de transferencia electrónica (electroactividad). Esto limita el uso de sensores en base a polianilina a trabajar a pH menores que 5. Este trabajo de investigación apunta a resolver los problemas inherentes a la química de la polianilina, y de esta manera desarrollar sensores que puedan superar las limitaciones de este material, pero que a su vez aproveche las ventajas del mismo. De acuerdo con esto se logró obtener una metodología de trabajo que permitió desarrollar recubrimientos basados en polianilina que presentan electroactividad a pH 7. Esta meta fue lograda combinando la polimerización de anilina con derivados de la misma, los cuales presentan distintos grupos funcionales en su estructura. La electroactividad a pH neutro y la existencia de diversos grupos funcionales en la película generada permitió extender la aplicación analítica de estos electrodos modificados, ya que además de cubrir un gran intervalo de pH, se puede realizar una fácil modificación, incorporando diversas moléculas para el reconocimiento de analitos específicos. Gracias a las ventajas que presentan estas nuevas superficies, se logró desarrollar sensores capaces de detectar una amplia gama de sustancias: ácido ascórbico y dopamina a pH de interés biológico, trazas de distintos iones metálicos en distinto tipo de matrices acuosas; y sustancias de interés clínico-sanitario como los productos provenientes de la lisis bacteriana: LPS, ADN, BSA y fosfolípidos.