Where nitrite respiration meets electrotrophy: diversity studies and functional characterization of autotrophic bacterial isolates from bioelectrochemical system

Abstract

Denitrifying biocathodes are used to treat nitrogen contaminated water resources. The present PhD dissertation have been characterized different bacterial families with a relevant role in denitrification process. Different operational conditions were used, different electron acceptors: nitrate and nitrite, and alternative electron donors: organic matter. The use of functional genes as specific target, allowed to identify Bradyrhizobiaceae as a key family in autotrophic denitrification. The dominance of this family were observed using different electron acceptors and also in nitrite and nitrous oxide reduction reactions. Five representative isolates were obtained to determine the role of this bacteria in electrotrophic processes. All of them had the ability to reduce nitrite to nitrogen gas under autotrophic conditions, besides this similar physiological characteristics, only three isolates could reduce nitrite electrochemically. The other two isolates had midpoint potentials associated to biological hydrogen production. The results suggest the interaction between different bacteria in cathodic denitrification.

Els càtodes desnitrificants s’utilitzen per tractar aigües contaminades amb compostos de nitrogen. En la present tesi doctoral, s’han identificat les famílies bacterianes amb un paper rellevant en la desnitrificació. Es van utilitzar diferents condicions d’operació, diferents acceptors d’electrons: nitrat i nitrit; i donadors d’electrons: matèria orgànica. L’ús de marcadors específics per gens funcionals, va permetre identificar la família Bradyrhizobiaceae com a clau en la desnitrificació autotròfica ja que mantenia la seva dominància utilitzant diferents acceptors d’electrons, així com també en els processos de reducció de nitrit i d’òxid nitrós. Es van aïllar cinc bacteris representatius d’aquesta família per determinar la seva capacitat electrotròfica. Tots els aïllats tenien característiques fisiològiques similars: reduir el nitrit a nitrogen gas autotròficament, però només tres aïllats podíen reduir el nitrit electroquímicament. Els altres dos, presentàven pics d’activitat electroquímica associats a la producció biològica d’hidrogen. Suggerint la interacció de diferents bacteris en la desnitrificació en els càtodes.