Este documento presenta un estudio sobre la inhibición de la nitrificación bacteriana mediante el uso de nanotubos de carbono. El objetivo principal fue caracterizar la actividad antimicrobiana de los nanotubos de carbono frente a bacterias nitrificantes del suelo y estudiar la toxicidad sobre bacterias beneficiosas. Los resultados mostraron que los nanotubos de carbono y un complejo de nanotubos/pulcherrimina inhiben el crecimiento de las bacterias nitrificantes pero no afectan a las bacterias beneficiosas a bajas concentraciones

1. ESTUDIO DE LA
INHIBICIÓN DE LA
NITRIFICACIÓN
BACTERIANA
MEDIANTE EL USO
DE NANOTUBOS DE
CARBONO
Alumno: Tomás Camacho Toscano
Tutor: Manuel López López
Grado en Química; Curso 2022/23
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2. 1.Introducción
2.Objetivos
3.Métodos
4.Resultados y Discusión
5.Conclusiones
Índice
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3. El nitrógeno en la agricultura
1.- INTRODUCCIÓN
Nitrificación
Ciclo del nitrógeno
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4. Exceso de nitrógeno en el ecosistema y en la salud
1.- INTRODUCCIÓN
Metahemoglobina
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5. Soluciones actuales
1.- INTRODUCCIÓN
Diciandiamida Nitrapirina
Pulcherrimina
Metschnikowia pulcherrima
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6. Nanotecnología
1.- INTRODUCCIÓN
Fullereno
Nanopartículas de plata
Nanotubo de carbono
Nanomedicina
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7. Nanotubos de carbono
1.- INTRODUCCIÓN
SWCNT MWCNT
Según su estructura Según su plegamiento
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8. Aplicaciones de los nanotubos de carbono
1.- INTRODUCCIÓN
• Alta resistencia a la tracción
• Gran flexibilidad
• Conductividad térmica y eléctrica
Los CNTs ya han demostrado su carácter
antimicrobiano, y por ello se pensaron
como posible solución al exceso de
nitratos y nitritos en la agricultura
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9. Especies estudiadas
1.- INTRODUCCIÓN
Nitrosomonas europaea Nitrobacter winogradskyi
Bacterias nitrificantes
Bacterias beneficiosas para las plantas
Pseudomonas plecoglossicida
Micrococcus luteus
Bacillus cereus
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10. 2.- OBJETIVOS
Capacidad antimicrobiana de los CNTs frente a bacterias nitrificantes del suelo
• Caracterización de las cepas bacterianas: curvas de crecimiento bacteriano.
• Diseño y optimización de los ensayos de la actividad antimicrobiana. Ensayos de
la actividad antimicrobiana de diferentes tipos de nanotubos de carbono.
• Ensayos de la toxicidad de nanotubos de carbono sobre algunas bacterias de la
microbiota del suelo beneficiosas para las plantas.
• Estudio de la interacción CNTs con el extracto de pulcherrimina (PULCH) usado
para la inhibición de la nitrificación bacteriana. Ensayos de la actividad
antimicrobiana del complejo híbrido CNT/PULCH.
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11. 3.- METODOLOGÍA
Curvas de crecimiento bacteriano
𝑙𝑛
𝑁
𝑁0
= 𝜇 ∙ (𝑡 − 𝑡0)
𝑡1
2
=
ln 2
𝜇
Cinética de 1er orden
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12. 3.- METODOLOGÍA
Estudio de la actividad antimicrobiana de los CNTs
Se utilizaron tanto
MWCNT, SWCNT como
SWCNT-COOH en
concentraciones de 15 y
20 mg/mL
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13. 3.- METODOLOGÍA
Concentración mínima inhibitoria (MIC) de la pulcherrimina
100 µL cultivo (D.O. = 1) + 100 µL medio
+ pulcherrimina en el rango 19.5-105
µg/mL
[Pulch] µg/ml 10000 5000 2500 1250 625 312,5 156,25 78,125 39,0625 19,5 C+ C-
24 h
T. ª óptima
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14. 3.- METODOLOGÍA
Recta de calibrado de la pulcherrimina
Abs (262 nm)
Pulcherrimina
pura
[PULCH]= 2.68·10-3 -6.42·10-2 mg/mL
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15. 3.- METODOLOGÍA
Optimización del proceso de encapsulado de la pulcherrimina
[CNTs] = 0-1,33 mg/mL
[PULCH] = 0,0214 mg/mL
Abs (262 nm)
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16. 3.- METODOLOGÍA
Estudio de la actividad antimicrobiana del complejo CNT/PULCH
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17. 4.- RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Curvas de crecimiento bacteriano
Especie t1/2/h µ/h-1
Bacillus cereus 1.0 0.67
Micrococcus luteus* 2.1 0.48
Pseudomonas plecoglossicida
2.0 0.35
*Los datos de M.L fueron tomados del ensayo de
Rocío Pereira
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18. 4.- RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Estudio de la actividad antimicrobiana de los CNTs sobre las bacterias
beneficiosas
La presencia de MWCNT y
SWCNT a una concentración de
[CNT]= 15 mg/mL no afecta a
ninguna de las especies
bacterianas.
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19. 4.- RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Concentración mínima inhibitoria (MIC) de la pulcherrimina
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
D.O.
[PULCH] µg/ml
Micrococcusluteus
Cultivo+PULCH C+
A la vista de los resultados, se
observa que a concentraciones
altas la PULCH tiene un
potencial efecto positivo en el
crecimiento de las especies
Bacillus cereus, Micrococcus
luteus y Pseudomonas
plecoglossicida.
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20. 4.- RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Encapsulación de la pulcherrimina en los CNTs
A la vista de los resultados, el MWCNT obtiene un mayor porcentaje de
encapsulación frente al SWCNT. Esto unido a los resultados obtenidos en el
ensayo de actividad antimicrobiana de los nanotubos puros, hacen que el MWCNT
sea el elegido para el ensayo de la actividad antimicrobiana del complejo
CNT/PULCH
y = 19,758x + 0,0375
R² = 0,9973
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07
Abs
(262
nm)
[PULCH] mg/mL
Calibrado Pulcherrimina
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21. 4.- RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Actividad antimicrobiana del complejo MWCNT/PULCH sobre las bacterias
beneficiosas para las plantas
Bacterias beneficiosas
%Mortalidad de las bacterias nitrificantes en presencia de una dispersión de
MWCNT de la citada concentración (los datos mostrados corresponden a la
media de los resultados obtenidos en tres réplicas en presencia y ausencia
(control) de CNTs
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22. 4.- RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Actividad antimicrobiana de los MWCNTs y del complejo MWCNT/PULCH
sobre las bacterias nitrificantes y su papel como inhibidores de la nitrificación
bacteriana
Bacterias nitrificantes
%Mortalidad de las bacterias nitrificantes en presencia de una dispersión de
MWCNT de la citada concentración (los datos mostrados corresponden a la
media de los resultados obtenidos en tres réplicas en presencia y ausencia
(control) de CNTs
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23. 5.-CONCLUSIONES
1. Es posible la encapsulación del inhibidor de la actividad ureasa, el extracto de pulcherrimina en los CNTs,
observándose que a partir de una [MWCNT]= 0.70 mg/mL y [SWCNT]=0.10 mg/mL, la adsorción del quelato
sobre la pared del nanotubo es completa. Se ha demostrado que el proceso de adsorción de la pulcherrimina en
la pared de los CNTs presenta cooperatividad.
2. La presencia de MWCNT y SWCNT a una concentración de [CNT]= 15 mg/mL no afecta a ninguna de las
especies bacterianas Micrococcus luteus y Pseudomonas plecoglossicida, seleccionadas como representantes de la
microbiota del suelo. Sin embargo, si se aumenta la concentración de CNTs hasta 20 mg/mL se produce una
mortalidad prácticamente del 50% en M. luteus.
3. Se observa un efecto sinérgico contundente en el complejo MWCNT/PULCH para la bacteria Micrococcus
luteus, con un porcentaje de mortalidad cercano al 50% de la especie bacteriana en contacto con una
concentración de complejo de [MWCNT]= 15 mg/mL+[PULCH]= 21.4 mg/mL; sin embargo, para Pseudomonas
plecoglossicida tal efecto no se ha encontrado.
4. Tanto los nanotubos de carbono puros, MWCNT, como el complejo MWCNT/PULCH en las concentraciones
ensayadas poseen una eficacia total en cuanto a la inhibición del crecimiento de las especies bacterianas
nitrificantes Nitrosomonas europaea y Nitrobacter winogradskyi.
5. El papel de los MWCNTs como inhibidores de la nitrificación bacteriana podría ayudar al control del exceso de
iones nitratos y nitritos en el medio ambiente como consecuencia de las labores del sector agrícola y al
mantenimiento del fertilizante como amonio, forma asimilable por la planta. A la vez la aplicación de los
nanotubos de carbono en dicho sector podría promover el crecimiento vegetal. 23

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