Identificación de marcadores metabólicos en la biodegradación de plásticos por hongos nativos del género Fusarium

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dc.contributor.advisorHidalgo Bucheli, William Fernando
dc.contributor.advisorMarchant Rojas, Sergio Andrés
dc.contributor.authorCorrales Murillo, Silvia Juliana
dc.contributor.evaluatorMendéz Sánchez, Stelia Carolina
dc.contributor.evaluatorCano Calle, Hermínsul de Jesús
dc.date.accessioned2025-03-06T13:11:10Z
dc.date.available2025-03-06T13:11:10Z
dc.date.created2025-02-17
dc.date.issued2025-02-17
dc.description.abstractLa acumulación de residuos plásticos, especialmente polietileno de baja densidad (LDPE), constituye una creciente preocupación ambiental debido a su persistencia y resistencia a la degradación. Los microorganismos, particularmente los hongos, han mostrado la capacidad de biodegradación de polímeros sintéticos, ofreciendo una alternativa prometedora para la gestión de los residuos plásticos. Sin embargo, los mecanismos subyacentes a la biodegradación del LPDE por hongos aún no se comprenden completamente. Este estudio investigó el potencial para biodegradar LDPE por dos cepas de hongos nativos del género Fusarium (FOCIC01 y FECIC02) con un enfoque metabolómico no dirigido a través de cromatografía de gases y cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas (GC-MS y LC-MS). La tasa de degradación de LDPE se evaluó mediante la pérdida de peso del material, FTIR, SEM de alta resolución, análisis de rugosidad y análisis metabolómico durante un periodo de incubación de 30 días. Los resultados mostraron que la cepa FOCIC01 degradó el material polimérico en un 4,73%, mientras que FECIC02 solo alcanzó un 0,30%, lo que indica una menor capacidad de biodegradación en comparación. El análisis por FTIR reveló cambios químicos en las bandas correspondientes al C-H y C=C, correspondiente a la despolimerización del LDPE, siendo los resultados con FOCIC01 los de mayor relevancia. Adicional, a través de un análisis de rugosidad fue posible observar cambios significativos en la superficie del LDPE tratado con FOCIC01. El análisis del metaboloma del hongo mostró variaciones significativas en rutas metabólicas clave, incluyendo el metabolismo central del carbono, la respuesta al estrés oxidativo y la biosíntesis de metabolitos secundarios. Se observaron cambios significativos en los metabolismos del almidón y sacarosa, glutatión, glioxilato y dicarboxilato, arginina y prolina, así como en la biosíntesis de arginina, alanina, aspartato y glutamato, fenilalanina, y la síntesis de fenilalanina, tirosina y triptófano. La dinámica metabólica de FOCIC01 durante el tratamiento con LDPE permitió identificar la estrategia del microorganismo para asimilar los productos de la degradación. Los resultados brindan una mejor comprensión de los mecanismos bioquímicos que permitieron a FOCIC01 degradar y metabolizar LDPE, destacándolo como un microorganismo de gran interés biotecnológico para mitigar el impacto negativo de la acumulación de residuos plásticos a nivel mundial.
dc.description.abstractenglishThe accumulation of plastic waste, particularly low-density polyethylene (LDPE), has become an escalating environmental concern due to its persistence and resistance to degradation. Microorganisms, especially fungi, have demonstrated the capacity to biodegrade synthetic polymers, offering a promising alternative for managing plastic waste. However, the mechanisms underlying fungal LDPE biodegradation remain poorly understood. This study investigated the LDPE biodegradation potential of two native Fusarium strains (FOCIC01 and FECIC02) using an untargeted metabolomic approach based on gas chromatography–mass spectrometry (GC-MS) and liquid chromatography–mass spectrometry (LC-MS). The extent of LDPE degradation was assessed through weight loss measurements, Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), high-resolution scanning electron microscopy (SEM), surface roughness analysis, and metabolomic profiling over a 30-day incubation period. The results showed that FOCIC01 degraded the polymeric material by 4.73%, whereas FECIC02 achieved only 0.30%, indicating a comparatively lower biodegradation capacity. FTIR analysis revealed chemical changes in the bands associated with C–H and C=C bonds, indicative of LDPE depolymerization, with FOCIC01 producing the most pronounced effects. In addition, surface roughness analysis confirmed significant alterations in the LDPE treated with FOCIC01. The fungal metabolome analysis demonstrated substantial shifts in key metabolic pathways, including central carbon metabolism, oxidative stress response, and secondary metabolite biosynthesis. Notable changes were observed in starch and sucrose metabolism, the glutathione pathway, glyoxylate and dicarboxylate metabolism, as well as arginine and proline metabolism. Alterations in the biosynthesis of arginine, alanine, aspartate, and glutamate; phenylalanine; and the aromatic amino acids phenylalanine, tyrosine, and tryptophan were also detected. The metabolic dynamics of FOCIC01 during LDPE treatment elucidated its strategies for assimilating degradation products. These findings provide deeper insight into the biochemical mechanisms enabling FOCIC01 to degrade and metabolize LDPE, underscoring its potential as a biotechnologically valuable microorganism to help mitigate the global environmental impact of plastic waste accumulation.
dc.description.degreelevelMaestría
dc.description.degreenameMagíster en Química
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/45280
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ciencias
dc.publisher.programMaestría en Química
dc.publisher.schoolEscuela de Química
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectGC-MSLC-MS
dc.subjectLDPE
dc.subjectMetabolómica
dc.subjectPolietileno de baja densidad
dc.subjectRugosidad
dc.subject.keywordGC-MS
dc.subject.keywordLC-MS
dc.subject.keywordLDPE
dc.subject.keywordMetabolomics
dc.subject.keywordLow-Density Polyethylene
dc.subject.keywordRoughness
dc.titleIdentificación de marcadores metabólicos en la biodegradación de plásticos por hongos nativos del género Fusarium
dc.title.englishIdentification of metabolic markers in plastic biodegradation by native Fusarium species
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc
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dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Maestría
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