En nuestro país, a pesar de ser minero, existen escasas investigaciones sobre microorganismos biolixiviantes, en especial de aquellos que se han adaptado a ecosistemas altoandinos con características peculiares como bajas temperaturas, baja presión atmosférica, escasez de oxígeno y elevada radiación, elementos que influyen en la eficiencia de procesos de biolixiviación a nivel industrial a gran altitud. En microorganismos como el Acidithiobacillus no se ha determinado el rol de azucares como la trehalosa, los cuales protegen a los microorganismos ante el estrés a baja temperatura (5 °C), y menos aún sus niveles de síntesis durante el proceso de lixiviación del cobre. La trehalosa es un agente biogénico crioprotector descrito en organismos heterótrofos no lixiviantes y su cuantificación en organismos lixiviantes constituye un excelente candidato para monitorear los procesos de lixiviación. En este sentido, planteamos como hipótesis de trabajo que los microorganismos lixiviantes como Acidithiobacillus ferroxidans y At. ferrivorans, entre otros, solos o en consorcios sintetizan trehalosa a modo de mecanismo de protección ante las bajas temperaturas durante el proceso de lixiviación de minerales de interés comercial, como el cobre. En este sentido, el proyecto plantea desarrollar un método colorimétricoenzimático de detección de trehalosa que permita su aplicación en el monitoreo de consorcios microbianos nativos aislados con elevada capacidad lixiviante a bajas temperaturas. Para ello, se cuantificarán los niveles de trehalosa en Acidithiobacillus ferrooxidans 23270 y At. ferrivorans SS3 en cultivos puros y consorcios microbianos lixiviantes psicrotolerantes nativos, los que serán caracterizados molecularmente durante el proceso de lixiviación de sulfuros metálicos, el efecto de la temperatura, fosfato y ion ferroso sobre la producción de trehalosa. Los resultados generarán nuevos conocimientos y recursos humanos en biolixiviación para vincular la academia con la industria minera nacional.

En nuestro medio existen escasas investigaciones sobre la biodiversidad de los microorganismos que participan en los procesos de biolixiviación, en especial de aquellos que evolutivamente se han adaptado a nuestros ecosistemas altoandinos. Ello porque estos medios tienen características muy peculiares, como las bajas temperaturas, baja presión atmosférica, la escasez de oxígeno, elevada radiación, entre otras. Al respecto, nuestro equipo de investigación ha contribuido recientemente con publicaciones y tesis en esta temática; sin embargo, los factores fisicoquímicos antes mencionados influyen en la poca aplicabilidad o baja eficiencia de procesos de biolixiviación a nivel industrial a gran altitud (sobre los 3000 m s.n.m.), una característica muy especial de nuestro país. Asimismo, existen moléculas como la trehalosa, que protege a los microorganismos ante el estrés a baja temperatura (5 °C), pero su síntesis no ha sido demostrada cualicuantitativamente en organismos lixiviantes como Acidithiobacillus, entre otros. La lixiviación microbiana ocurre en las condiciones ya descritas, por lo que planteamos como hipótesis de trabajo que los microorganismos lixiviantes como Acidithiobacillus ferrivorans sintetizan trehalosa como un mecanismo de protección ante las bajas temperaturas durante el proceso de minerales de interés comercial como el cobre. La trehalosa es un agente crioprotector descrito en organismos heterótrofos no lixiviantes y su cuantificación en organismos lixiviantes constituiría en un excelente candidato para monitorear los procesos de lixiviación a bajas temperatura. Así, la optimización de la síntesis de este disacárido intracelular permitirá mejorar la extracción de metales de interés comerciales a bajas temperaturas para su aplicación a nivel industrial y el control de la contaminación del ambiente por la producción de aguas ácidas.

El Perú es líder mundial en minería, es el tercer productor de cobre, primero en plata y zinc, y quinto en oro. Adicionalmente, es un país polimetálico, pues posee 40 metales, de los cuales 16 son explotados a nivel comercial. Sin embargo, nuestra industria es básicamente extractiva y es necesario generar tecnología. En este sentido, la biolixiviación utiliza microorganismos en la recuperación de metales a partir de minerales de baja ley, lo que la constituye como un método eficiente y de bajo costo, por lo que se está usando ampliamente en faenas minera en el país en la extracción de cobre, mientras que en Sudáfrica y Australia se está aplicando para la extracción de oro (Lindström et al. 1992). El oro se halla atrapado en la matriz de minerales azufrados: la pirita (FeS2), la arsenopirita (FeAsS) y pirita arsenical (AsFeS2). Los microorganismos acidófilos biolixiviantes oxidan los minerales azufrados liberando las partículas de oro. La recuperación del oro puede incrementarse desde un 10% hasta el 90% por biolixiviación (Dopson, 2001). Asimismo, la pirita es muy abundante en la naturaleza su exposición al oxígeno y el agua conduce a la formación ácido sulfúrico. En tanto que el Fe(III) es un aceptor alternativo de electrones más abundante, que interactúa con muchas especies de azufre y promueve la disolución de la pirita. Los microorganismos aceleran enormemente la velocidad de oxidación de Fe (II) a Fe (III), por tanto, éstos son los que controlan la oxidación de la pirita. El rol de At. ferrivorans (Hallberg et al. 2010) exhibe diferencias fenotípicas y genómicas en comparación con la especie modelo At. ferrooxidans, entre las cuales destaca su psicrotolerancia (Hallberg et al., 2010). Esta característica es una ventaja para lixiviar metales a bajas temperaturas. Utilizan Fe(II) y reducen compuestos de azufre inorgánicos como la única fuente de energía (Dopson et al. 2007). At. ferrivorans SS3 es capaz de catalizar la disolución de pirita en reactores de tanque agitado a 4 ºC (Liljeqvist et al., 2012), por lo que es reconocida como la especie dominante en la lixiviación a bajas temperaturas (Dopson et al. 2007). Si bien sí existen reportes similares en minas abandonadas en Perú sobre 3000 m s.n.m. (Hallberg et al., 2010; Ccorahua et al., 2017), aún se desconoce el papel de cómo estas bacterias inician la lixiviación en nuestra minería de gran altura. En este sentido, es interesante estudiar los mecanismos de este microorganismo a la adaptación a bajas temperaturas; característica, entre otras, típica de los Andes, donde hay yacimientos minerales de gran importancia industrial. Hasta el momento, existen pocos estudios moleculares sobre de los microorganismos acidófilos nativos (Abanto, 2008, Ccorahua et al., 2017) y cómo éstos estarían involucrados en los procesos de biolixiviación. Sin embargo, en ambientes fríos, como la minería a gran altura en el Perú, la disminución de la temperatura se convierte en un factor limitante, lo que hace que la capacidad de biolixivación de los organismos se vea disminuida. Por lo tanto, para una aplicación más eficaz de operaciones en biominería en nuestro país, son necesarias cepas microbianas adaptadas al frío con el fin de optimizar las tasas de lixiviación y optimizar operaciones industriales en los Andes. Esta es la razón por la cual existe un gran interés en la caracterización y para establecer las tasas de biolixiviación y comparaciones entre las cepas de At. Ferrivorans. Sobre ello, en nuestro laboratorio hemos analizado por qPCR real time la expresión de genes relacionados con el frío en At. ferrivorans y postulamos que un mecanismo de adaptación es la síntesis de trehalosa, agente crioprotector. Por tanto, dadas las condiciones especiales de nuestro territorio, planteamos cuantificar los niveles de trehalosa intracelular en microorganismos lixiviantes de cepas nativas y evaluar su capacidad lixiviante a bajas temperaturas, ello para generar conocimientos y aplicaciones biotecnológicas que contribuyan al desarrollo del país.

Modalidad de proyecto: Proyecto de investigación avanzado

Los proyectos deben ser presentados de manera asociativa (con una o más entidades asociadas).

La conformación mínima es la siguiente:

• Un investigador principal
• Un coinvestigador
• Un tesista de posgrado
• Un gestor tecnológico
• Un coordinador administrativo

Tipo de proyecto: Investigación aplicada

Subsector: Minería y su manufactura

Sector: Estratégico

Lugar de ejecución del proyecto: Lima

Fecha de inicio:  01/01/2019

Fecha de cierre:  31/07/2021

Plazo de ejecución (meses): 30

Objetivo principal

Cuantificar los niveles de trehalosa en los microorganismos lixiviantes Acidithiobacillus ferrooxidans y Acidithiobacillus ferrivorans durante el proceso de lixiviación de sulfuros metálicos. Se propone determinar por dos métodos de cuantificación la producción de trehalosa intracelular en microorganismos lixiviantes. Los métodos propuestos incluyen una reacción enzimática mediada por la enzima trehalasa y la determinación de trehalosa por cromatografía líquida de alta resolución (HPLC). Se usarán como organismos modelos uno mesófilo,  Acidithiobacillus ferrooxidans, y uno psicrotolerante, Acidithiobacillus ferrivorans, ambos predominantes en los procesos industriales de lixiviación de minerales azufrados. Una vez estandarizado, se evaluará la producción de trehalosa por consorcios microbianos lixiviantes aislados de ambientes mineros ubicados a gran altura (mayores a 3000 m s.n.m.). El proyecto cuenta con el apoyo del gestor tecnológico (ingeniero metalúrgico) para acceder a las muestras. Los resultados de la investigación serán de aplicación para monitorear a los microorganismos lixiviantes en los procesos de extracción de metales de interés comercial como el cobre, por lo que la cuantificación de trehalosa se realizará durante la oxidación de sulfuro de cobre de manera. También se propone medir el efecto de la temperatura, concentración de fosfato y ion ferroso. Nuestros resultados contribuirán en identificar un nuevo marcador molecular (trehalosa) aplicable a procesos industriales en biolixiviación.

Objetivo específico 1

Determinar los niveles de trehalosa en Acidithiobacillus ferrooxidans 23270 y At. ferrivorans SS3 y evaluar el efecto de la temperatura, del fosfatos y ion hierro en la producción de trehalosa durante el proceso de lixiviación de sulfuros metálicos

Objetivo específico 2

Cuantificar los niveles de trehalosa en consorcios microbianos nativos lixiviantes psicrotolerantes caracterizados molecularmente

Objetivo específico 3

Transferir los resultados al sector minero nacional para su aplicación en procesos de biolixiviación a gran altura

Institución responsable del proyecto

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

RUC: 20148092282

Tipo de entidad: Universidades que se encuentren licenciadas o en proceso de licenciamiento por la SUNEDU

Régimen: Público

Tipo de organización: Sin fines de lucro

Departamento: Lima

Provincia: Lima

Distrito: Lima

Dependencia:s: Facultad de Ciencias Biológicas

Investigador principal

Nombres: Pablo Sergio

Apellido paterno: Ramírez

Apellido materno: Roca

Grado académico: Doctorado

Nombre del grado académico: Doctorado en Biología con mención en Microbiología y Parasitología

Entidad: Universidad Nacional Mayor de San Marcos

Dependencia: Facultad de Ciencias Biológicas

Coinvestigadores

Nombres: Ruth Hortensia

Apellido paterno: García

Apellido materno: De la Guarda

Grado académico: Magister

Entidad: Universidad Nacional Mayor de San Marcos

Dependencia: Facultad de Ciencias Biológicas

Tesistas

Nombres: María Isabel

Apellido paterno: Castañeda

Apellido materno: Fernández

Tipo de tesis: Licenciatura

Entidad: Universidad Nacional Mayor de San Marcos

Nombres: Tesista no identificado 1

Apellido paterno: –

Apellido materno: –

Tipo de tesis: Maestría

Entidad: Universidad Nacional Mayor de San Marcos

Gestor tecnológico

Nombres: Max Alejandro

Apellido paterno: Alva

Apellido materno: –

Entidad: Universidad Nacional Mayor de San Marcos

Coordinador administrativo

Nombres: Luz Fabiola

Apellido paterno: Elías

Apellido materno: Rolando

Entidad: Universidad Nacional Mayor de San Marcos

Rubros financiables

• Recursos humanos (hasta 50% del monto financiado)

1. Incentivo monetario para el investigador principal y coinvestigadores: no debe sobrepasar el máximo de S/ 2,000 mensuales por investigador.
2. Pago a los tesistas: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,500 mensuales por tesista.
3. Pago al personal técnico o asistente de investigación: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,000 mensuales por técnico.
4. Honorarios o incentivos para un gestor tecnológico: no debe de sobrepasar el máximo de S/. 1,500 mensuales.

• Equipos y bienes duraderos (hasta 20% del monto financiado)

Corresponde a la adquisición de equipos menores para el proyecto de investigación.

• Materiales e insumos

1. Materiales, insumos, reactivos, accesorios, componentes electrónicos o mecánicos, bienes no inventariables.
2. Material bibliográfico, tales como manuales, bases de datos, libros especializados, otros, y/o suscripciones a redes de información (en físico o electrónico).
3. Software especializado para el desarrollo de los proyectos de investigación.

• Viajes

Corresponde a los gastos de viajes relacionados a actividades propias del proyecto de investigación.

Los gastos que aplican para este rubro son los siguientes:

1. Pasajes: terrestres, aéreos, nacionales e internacionales, en clase económica.
2. Viáticos: comprenden los gastos por concepto de alimentación, hospedaje y movilidad (hacia y desde el lugar de embarque), así como el desplazamiento en el lugar donde se realizan las actividades. El concepto de viáticos es aplicable para estancias cuya duración sea menor a los quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en el Anexo 2.
3. Manutención: comprenden los gastos de alojamiento, alimentación y movilidad local durante su permanencia en el lugar sede del objeto del beneficio otorgado, o desplazamientos relacionados con el mismo. El concepto de manutención es aplicable siempre que se trate de una estancia cuya duración sea mayor o igual a quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en la convocatoria.
4. Seguro de viaje: el seguro es de carácter obligatorio y su valor debe estar de acuerdo al precio de mercado. La cobertura típicamente incluye gastos médicos de emergencia, muerte accidental, invalidez e imprevistos logísticos durante el viaje (retraso de vuelos, demora o pérdida de equipaje, robos, etc.). El precio del seguro puede variar en función a la edad, duración del viaje y el destino. Se puede financiar hasta un máximo de S/ 2,000.

• Servicios de no consultoría.

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades de índole técnica especializada, consideradas como críticas para lograr el buen resultado del proyecto de investigación: servicios de laboratorio, colección de datos, procesamiento de muestras, análisis y diseño.

• Otros servicios

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades complementarias del proyecto de investigación, tales como:

1. Actividades de difusión:

1. Gastos de organización de taller de cierre del proyecto.
2. Costo de publicación de artículos en revistas indizadas.

• Costo de inscripción para participar en eventos o para discutir los resultados con personal interesado o calificado.

1. Actividades complementarias de la investigación:

1. Gastos de importación y desaduanaje de materiales, insumos o equipos relacionados al proyecto de investigación que se adquieran en el extranjero.
2. Gastos relacionados a la obtención del título o grado.

• Gastos relacionados a la solicitud de patentes.

1. Gastos de mantenimiento correctivo para los equipos adquiridos u otro equipo de laboratorio que deba usarse en el proyecto.

• Gastos de gestión (hasta 10% del monto financiado)

Corresponde al incentivo monetario para el coordinador administrativo, útiles de oficina y servicios de imprenta.