Browsing by Author "Vargas Cucurella, Ignacio Tomás"
Now showing 1 - 20 of 31
Results Per Page
Sort Options
- ItemA new aerobic chemolithoautotrophic arsenic oxidizing microorganism isolated from a high Andean watershed(2018) Anguita, Javiera M.; Rojas, Claudia; Pastén González, Pablo Arturo; Vargas Cucurella, Ignacio Tomás; CEDEUS (Chile)
- ItemA polarized logit model(2013) De Grange, Louis; González, Felipe; Vargas Cucurella, Ignacio Tomás; Muñoz Abogabir, Juan Carlos; CEDEUS (Chile)
- ItemAcid Water Neutralization Using Microbial Fuel Cells: An Alternative for Acid Mine Drainage Treatment(2016) Leiva, Eduardo; Leiva Aravena, Enzo; Vargas Cucurella, Ignacio Tomás; CEDEUS (Chile)
- ItemAislamiento y caracterización de un nuevo microorganismo reductor de hierro exoelectrogénico.(2017) Zamorano Almonte, Vasty Constanza Nicol; Vargas Cucurella, Ignacio Tomás; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLa celda de combustible microbiano, en inglés: microbial fuel cell (MFC) es una nueva y emergente bio-tecnología. Las MFCs son dispositivos que generan corriente eléctrica a partir de residuos químicos (orgánicos e inorgánicos), tomando ventaja de la actividad metabólica de microorganismos exoelectrogénicos. En las últimas décadas, un importante esfuerzo se ha invertido en la caracterización de microorganismos exoelectrogénicos modelo. Sin embargo, aún se requieren importantes esfuerzos por aumentar el conocimiento sobre la diversidad de microorganismos que tienen esta capacidad y su potencial utilización en sistemas de tratamiento y remediación ambiental. En este trabajo un microorganismo fue aislado desde el ánodo proveniente de un reactor tipo MFC cuyo inóculo fue inicialmente tomado del enriquecimiento de un sedimento proveniente de una fuente hidrotermal del extremo norte de Chile. Este microorganismo, denominado como V4, fue caracterizado como una bacteria Gram negativo, de forma bacilar, cuya secuencia del gen 16S rARN mostró una cercanía con el género Paenibacillus (99% de identidad, con un 99% de cobertura) perteneciente a la división Firmicutes. Experimentalmente se observó una alta correlación entre la reducción de hierro férrico y el crecimiento bacteriano, utilizando glucosa como donador de electrones, obteniendo una tasa de crecimiento específica de 0,17 h-1. El análisis filogenético basado en el gen 16S rARN mostró que la secuencia del aislado V4 es diferente a todos los Firmicutes descritos anteriormente como exoelectrogénicos, siendo el único Gram negativo de la lista. Pruebas electroquímicas mostraron que el aislado V4 es exoelectrogénico, mostrando una densidad de corriente de 63 ± 42 mAm2, con un peak de oxidación cercano -0,1 V vs Ag/AgCl. La corriente generada por un reactor MFC inoculada con el aislado fue de 15 μA, valor bajo con respecto lo reportado para el estudio de microorganismos modelo, pero que podría explicar el rendimiento de la MFC utilizada como inóculo para aislar este nuevo microorganismo cuya producción de electricidad fue de 45 μA y donde el análisis comunitario por pirosecuenciación reveló ausencia de los géneros comúnmente conocidos como exoelectrogénicos. En consecuencia, el hallazgo de este nuevo microorganismo Firmicute exoelectrogénico no sólo amplía la lista de los microorganismos electroquímicamente activos, sino que podría explicar el rendimiento de la MFC inoculada con el sedimento extraído de un ambiente extremo sin la presencia de microorganismos exoelectrogénicos previamente reportados.
- ItemArsenic removal mediated by acidic ph neutralization and iron precipitation in microbial fuel cells(2018) Leiva, Eduardo; Leiva-Aravena, Enzo; Rodriguez, Carolina; Serrano, Jennyfer; Vargas Cucurella, Ignacio Tomás; CEDEUS (Chile)
- ItemBiocorrosion in drinking water pipes(2016) Pizarro Puccio, Gonzalo E.; Vargas Cucurella, Ignacio Tomás
- ItemConstructed Wetland-Microbial Fuel Cells for Sustainable Greywater Treatment(2018) Araneda, Ignacio; Tapia, Natalia F.; Lizama Allende, Katherine; Vargas Cucurella, Ignacio Tomás; CEDEUS (Chile)
- ItemCopper corrosion and biocorrosion events in premise plumbing(2017) Vargas Cucurella, Ignacio Tomás; Fischer Montt, Diego A.; Alsina, M.; Pavissich, J.; Pastén González, Pablo Arturo; Pizarro Puccio, Gonzalo E.; CEDEUS (Chile)
- ItemCulture dependent and independent analyses of bacterial communities involved in copper plumbing corrosion(2010) Pavissich Bartolozzi, Juan Pablo; Vargas Cucurella, Ignacio Tomás; González, B.; Pastén González, Pablo Arturo; Pizarro Puccio, Gonzalo E.
- ItemDirect laser interference patterning on copper to prevent Variovorax sp. settlement onto metallic surfaces(2022) Caro Lara, Luis Alberto; Vargas Cucurella, Ignacio Tomás; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaEl desarrollo de biopelículas perjudiciales en superficies metálicas afecta el rendimiento y vida útil de estas. La micro-texturización con láser aparece como una estrategia novedosa para impedir el crecimiento de biopelículas, bloqueando las etapas iniciales de la adhesión bacteriana y mejorando las características antimicrobianas de los metales. Este trabajo tiene como objetivo estudiar dos efectos de la micro-texturización con láser en cobre sobre la bacteria tolerante a cobre Variovorax sp.: i) la adhesión bacteriana inicial a la superficie, y ii) la inactivación de las bacterias por el efecto de muerte por contacto. En este último objetivo se agregó como control a la bacteria no-tolerante a cobre Escherichia coli. Para llevar a cabo estos objetivos, se produjeron patrones lineales con periodicidades de 4,7, 6,8, 14 y 18 μm mediante texturización laser en cupones de cobre. Las propiedades de la superficie se caracterizaron mediante técnicas microscópicas y espectroscópicas, mientras que la interacción superficie/bacteria se realizó mediante microscopía de epifluorescencia, funcionalización de puntas de microscopía de fuerza atómica y pruebas de muerte por contacto. En cuanto al objetivo i), la periodicidad de 4,7 μm resultó ser el patrón más eficiente para suprimir la adhesión inicial de Variovorax sp. en un 31,1 % comparado con la superficie no texturizada. Además, se observó un asentamiento preferente en los picos por sobre valles para los patrones con periodicidades de 14 y 18 μm, mostrando estos patrones más eventos de adhesión que los diseños más pequeños. En cuanto al objetivo ii) el incremento de Cu(OH)2 resultante del tratamiento con láser y el contacto bacteria-superficie fueron los factores determinantes en el incremento del efecto antimicrobiano del cobre frente a Variovorax sp. y Escherichia coli inactivando el 87% y el 100% de las células tras 2 horas y los primeros 5 minutos del ensayo, respectivamente. Estos hallazgos aportan a la comprensión de la adhesión bacteriana y el efecto de muerte por contacto de las superficies de cobre, contribuyendo así al desarrollo potencial de estrategias inocuas para controlar el crecimiento de biopelículas en materiales hechos con cobre.
- ItemEffect of hazardous bacteria isolated from copper plumbing system on microbiologically influenced corrosion of copper(2019) Galarce, Carlos; Pineda Parra, Fabiola Makarena; Fischer Montt, Diego A.; Flores, M.; Vargas Cucurella, Ignacio Tomás; Sancy, Mamié; Pizarro Puccio, Gonzalo E.
- ItemElectrochemically active microorganisms from an acid mine drainage-affected site promote cathode oxidation in microbial fuel cells(2017) Rojas, C.; Vargas Cucurella, Ignacio Tomás; Bruns, M.; Regan, J.; CEDEUS (Chile)
- ItemEnhancing selection for perchlorate-reducing bacteria in presence of competing electron acceptors.(2019) Vega Muñoz, Marcela Natalia; Vargas Cucurella, Ignacio Tomás; Nerenberg, Robert; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaPerchlorate is a ubiquitous water contaminant that inhibits thyroid function. Standards for perchlorate in drinking water range from 2 to 18 μg L-1 in United States and Europe. A major natural source of perchlorate contamination is Chile saltpeter, found in the Atacama Desert in Chile. This dissertation starts by providing a literature review on the unique situation of perchlorate contamination in Chile. The review discusses perchlorate sources, presence in environmental media and in the human population, possible steps to mitigate its health impacts, and opportunities for bioprospecting. Microbial degradation is a promising strategy to remediate perchlorate, as it is reduced to innocuous chloride and oxygen. However, perchlorate is typically found in the μg/L range, and exerts a weak selective pressure for perchlorate-reducing bacteria (PRB). Also, nitrate can inhibit perchlorate reduction, so low nitrate levels are needed. Low nitrate levels can favor sulfatereducing bacteria (SRB). Sulfate reduction has also been related to inhibition of perchlorate reduction. Thus, the overarching goal of this research was to devise strategies to enrich PRB when perchlorate is at low concentrations, together with inhibition of sulfate reduction. The proposed strategy was the addition of the perchlorate analogs chlorate or chlorite. Both are intermediates in the perchlorate reduction pathway, and could have a stronger selective pressure for PRB and also inhibit SRB. The addition of chlorate and chlorite was tested in a hydrogen-based membrane biofilm reactor (H2-MBfR). In this type of reactor, H2 is supplied as electron donor through a hollow fiber membrane and bacteria grow on the surface using nitrate, perchlorate and others as electron acceptors. Chlorate was added for 30 days to a H2-MBfR reducing oxygen, nitrate, perchlorate and sulfate. Before chlorate addition, nitrate and perchlorate were reduced to low levels, but after 17 days sulfate reduction took place, leading to a decrease in perchlorate reduction. When chlorate was added, it increased perchlorate reduction and decreased sulfate reduction. Interestingly, analysis of the microbial community with 16S rRNA high-throughput sequencing suggested that the SRB (Desulfovibrionaceae) relative abundance increased. This was probably due to their role in sulfur cycling, although it cannot be ruled out that they played a role in chlorate reduction. To further understand the effect of chlorate on the microbial community, we tested chlorate addition in a H2-MBfR reducing nitrate, perchlorate and sulfate with similar bulk concentrations as before, but the bulk chlorate concentration was 10 times higher. Although the effect on perchlorate could not be evaluated, chlorate exerted a strong selective pressure for PRB, doubling the abundance of Dechloromonas, a common genus of PRB. As before, our results suggest that chlorate addition inhibited sulfate reduction. To understand the effect of chlorite, we initially determined the potential of chlorite to serve as an indirect electron acceptor and support bacterial growth, as it is dismutated to O2 during perchlorate metabolism. This was successfully proven by first determining O2 production and consumption rates after chlorite additions to PRB and CRB enrichments. Subsequently, the bacterial growth on chlorite was also demonstrated by measurements of the optical density of PRB and CRB cultures. Finally, we evaluated the selective pressure of chlorite in a H2-MBfR reducing nitrate, perchlorate and sulfate. This showed that chlorite had a minor selective pressure. This research provided evidence that adding chlorate and chlorite to a perchlorate H2-MBfR improved perchlorate reduction. Although it should be further studied, the results suggest this strategy could be helpful, particularly in the case of chlorate.
- ItemEvaluation of microbial electrochemical technologies as a sustainable treatment strategy for nitrogen removal in polluted coastal marine systems(2020) Fuente Traverso, María José de la; Vargas Cucurella, Ignacio Tomás; Iglesia Cabezas, Rodrigo Alonso de la; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLos ecosistemas marinos costeros del mundo han sido utilizados durante muchos años como receptores de residuos industriales con altas concentraciones de nitrógeno, generando la eutrofización de estos ecosistemas. En este contexto las tecnologías electroquímicas microbianas (MET) han comenzado a ganar atención por su costo y eficiencia en la remoción de nitrógeno y materia orgánica,, utilizando la capacidad metabólica de microorganismos. Sin embargo, todavía tienen limitaciones, como la estrategia de enriquecimiento para comunidades microbianas específicas en los electrodos en condiciones naturales. En esta línea, la aplicación de un sobrepotencial a un electrodo se ha convertido en una técnica de enriquecimiento microbiano sostenible y eficaz. Considerando estos antecedentes, esta tesis estuvo enfocada en dos temas principales. Primero, consolidar la utilización de sobrepotenciales como técnica de enriquecimiento microbiano desde agua de mar natural y lograr enriquecer microorganismos desnitrificantes de manera específica, y (2) desarrollar una MET capaz de remover nitrógeno desde agua de mar natural, utilizando la técnica de enriquecimiento microbiano por sobrepotenciales. Los resultados obtenidos en esta tesis muestran que la aplicación de sobrepotenciales a un electrodo es una técnica efectiva de enriquecimiento de metabolismos microbianos desde un inoculo de agua de mar natural. Específicamente, se demostró que aplicando al electrodo de trabajo -260 mV (vs Ag / AgCl), es posible enriquecer significativamente el establecimiento de microorganismos desnitrificantes. Tomando estos resultados, se logró desarrollar una MET capaz de remover nitrógeno y materia orgánica de manera significativa. En este caso, y diferente a reactores similares reportados en la literatura, el enriquecimiento microbiano en los electrodos se llevó a cabo mediante la aplicación de sobrepotenciales en agua de mar natural, sin la necesidad de uso de medio de cultivo. Específicamente, en el ánodo se observó un enriquecimiento significativo de microorganismos amonio-oxidantes y nitrito-oxidantes, mientras que en el cátodo, se observó un enriquecimiento de microorganismos desnitrificantes y planctomycetes. Finalmente, se logró determinar que el uso de sobrepotenciales podría acelerar el proceso de puesta en marcha de las tecnológicas electroquímicas microbiana y, por ende, ayudar a acelerar su implementación en ambientes reales.
- ItemEvaluation of Sedum as driver for plant microbial fuel cells in a semi-arid green roof ecosystem(2017) Tapia, N.; Rojas, C.; Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; Vargas Cucurella, Ignacio Tomás; CEDEUS (Chile)
- ItemEvaluation of sedum species as potential drivers for plant microbial fuel cells in green roof of a semi-arid environment(2016) Tapia Flores, Natalia F.; Vargas Cucurella, Ignacio Tomás; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaPlant microbial fuel cells (PMFCs) son sistemas bioelectroquímicos que utilizan los exudados de las raíces para transformar la energía química en energía eléctrica. PMFCs pueden ser desarrollados en sitios como humedales y cubiertas vegetales. Sin embargo, a diferencia de los humedales, las cubiertas vegetales permiten implementar estos sistemas en una mayor variedad de lugares. Los beneficios que poseen las cubiertas vegetales, tales como la reducción de los caudales de escorrentía, el mejoramiento de la calidad del aire, el incremento de la biodiversidad, entre otros, ha expandido esta tecnología a regiones distintas para las que fueron concebidas inicialmente. Por ende, en climas semiáridos donde la temperatura y las condiciones de agua son diferentes, especies distintas de plantas son requeridas. Entre las primeras plantas probadas en cubiertas vegetales de regiones semiáridas, se encuentra Sedum spp., plantas suculentas caracterizadas por su bajo requerimiento hídrico y resistencia a la sequía. Por lo tanto, Sedum emerge como un interesante candidato para ser usado en PMFC, permitiendo su implementación en cubiertas vegetales construidas en climas semiáridos. Este estudio muestra que Sedum es un tipo de vegetación factible de utilizar en PMFCs. Entre las especies evaluadas, S. hybridum mostró la más alta densidad de potencia (92 μW m-2) seguida por S. rupestre (15.5 μW m-2), mientras que S. spurium presentó el peor funcionamiento. La pirosecuenciación utilizada para caracterizar la comunidad microbiana desarrollada en los electrodos de tres reactores seleccionados, reveló que miembros de la familia Micrococcaceae predominan en el ánodo de S. hybridum. En contraste, miembros de la familia Comamonadaceae, seguida por el género Paracoccus y Ardenscatena, fueron los principales grupos observados en los ánodos de S. rupestre y S. spurium. El análisis microbiano sugiere que la implementación de PMFCs podría no alterar la microbiota del suelo. Finalmente, la relación observada entre contenido de agua en el suelo y el voltaje generado, tanto en los experimentos en el laboratorio como en el laboratorio de cubiertas vegetales, podría ser útil para expandir esta tecnología y desarrollar bio-sensores de bajo costo para monitorear la irrigación en ambientes semiáridos.
- ItemExperimental evidence for enhanced copper release from domestic copper plumbing under hydrodynamic control(2014) Olivares, T.; Cienfuegos Carrasco, Rodrigo Alberto; Vargas Cucurella, Ignacio Tomás; Pizarro Puccio, Gonzalo E.; CEDEUS (Chile)
- ItemIsolation and electrochemical characterization of a new arsenite oxidizing microorganism extracted from a hydrothermal source in northern Chile(2016) Anguita Leyton, Javiera M.; Vargas Cucurella, Ignacio Tomás; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLa oxidación biológica de arsénico es un proceso biogeoquímico clave que controla la movilización y destino del arsénico en ambientes acuáticos naturales. Acorde a nuestro conocimiento, sólo cuatro bacterias quimiolitoautotróficas oxidantes de arsénico (CAOs, por su abreviatura en inglés) han sido identificadas incluyendo evidencia experimental de una directa relación entre crecimiento microbiano y oxidación de arsénico, y describiendo los genes necesarios para la oxidación de arsénico de forma quimiolitoautotrófica. Además, considerando nuestra revisión bibliográfica, bacterias con metabolismo CAO no han sido reportadas como microorganismos electroquímicamente activos, lo que podría ser un aspecto clave para potenciales aplicaciones en el mejoramiento de técnicas de atenuación de arsénico. En este estudio, una nueva bacteria quimiolitoautotrófica oxidante de arsénico fue aislada desde una fuente hidrotermal donde atenuación natural de arsénico disuelto fue observada, y su capacidad electroquímica fue estudiada. La bacteria aislada, denominada TS-1, posee los genes esenciales para la oxidación de arsénico quimiolitoautotrófica. También, la dependencia entre el crecimiento del microorganismo y el consumo de arsénico fue experimentalmente demostrada, y un modelo dinámico es sugerido para la obtención de parámetros cinéticos a través de un ajuste simultáneo entre el crecimiento y el consumo de arsénico. Además, la capacidad electroquímica de TS-1 fue soportada por ensayos electroquímicos que evidencian un aumento de la corriente catódica y, por tanto, una catálisis en la transferencia de electrones desde el electrodo hacia el medio de cultivo.
- ItemMicrobial electrochemical technology for perchlorate and clorate reduction in water(2022) Torres Rojas, Felipe Ernesto; Vargas Cucurella, Ignacio Tomás; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaEsta tesis interdisciplinaria combina el estudio de los principios fundamentales biológicos, químicos y físicos de los microorganismos reductores de perclorato electroquímicamente activos con el diseño y la ingeniería para desarrollar reactores bioelectroquímicos para el tratamiento sostenible de dos contaminantes emergentes en el agua: perclorato y clorato. Para lograr este objetivo, primero, se evaluaron las capacidades electroactivas de Dechloromonas sp. CS-1, Clostridiodales sp. CS-2, Paenibacillus sp. CS-3 y Oerskovia sp. CS-4. Estas bacterias aisladas de un sitio natural del norte de Chile solo en Dechloromonas sp. CS-1 y Clostridiodales sp. CS-2 exhibieron una respuesta electroactiva por voltamperometría cíclica obteniendo peaks de corriente a -651 mV y -303 mV (vs. Ag / AgCl), respectivamente. Cada bacteria se probó en una BER mediante la realización de una prueba de cronoamperometría a un potencial de -550 mV vs. Ag / AgCl durante seis días. El estudio electroquímico demostró una eficiencia coulómbica (EC) de 93,328% y 45,643% con una tasa de eliminación de 26,721 ± 2,934 mg L-1 día-1 y 17,289 ± 1,032 mg L -1 día-1, respectivamente. Los resultados sugieren una reducción completa de perclorato para CS-1 (es decir, reacción de 8 electrones) y una reducción incompleta para CS-2 (es decir, reacción de 2 electrones). Este trabajo pionero de bioprospección reveló la actividad electroactiva de Dechloromonas sp. CS-1 y Clostridiodales sp. CS-2 sin el uso de transportadores electroquímicos para la reducción de perclorato. En segundo lugar, se demostró la reducción bioelectroquímica del clorato utilizando BER con un voltaje de aplicación de 0,4 Volt. Los BER ensayados se inocularon con D. agitata CKB. Un experimento de 44 días en el modo de flujo ascendente de recirculación reveló una salida de corriente y eliminación de clorato de 1,54 ± 0,26 µA y 251,5 ± 76,1 mg L-1 respectivamente. Luego, las BER se operaron en modo discontinuo durante 71 días, aumentando el rendimiento a 4,49 ± 0,70 µA y 607,3 ± 64,5 mg L-1. La caracterización electroquímica reveló un pico catódico a -550 ± 8 mV vs. Ag / AgCl y un cálculo de 6 electrones involucrados en la reacción de biorreducción del clorato. A través de este estudio, fue posible establecer, por primera vez, el mecanismo bioelectroquímico de reducción de clorato por D. agitata. Finalmente, se llevó a cabo una modificación química en el electrodo de carbono para mejorar el rendimiento de los BERs utilizados para eliminar estos oxianiones. De acuerdo con la espectroscopía de fotoelectrones de rayos X, la espectroscopía RAMAN y la espectroscopía IR, fue posible describir la funcionalización del electrodo de la tela de carbono. Los resultados muestran que la modificación fue principalmente de los grupos carboxilados (-COOH, -C-O-C-) y nitrogenados (-NH3)+. El electrodo modificado se utilizó en un BER inoculado con Dechloromnoas sp. CS-1, demostrando una mejor respuesta que los controles sin tratamiento durante una prueba de cronoamperometría de 17 días, aplicando un potencial de -500 mV vs Ag / AgCl. El BER con el electrodo modificado mostró una EC de 90,794 ± 9,157% y una tasa de reducción de perclorato de 0,345 ± 0,007 mol m-3 día-1 que fue superior a otros informes en la literatura. Por lo tanto, estos resultados muestran la sinergia positiva entre los microorganismos reductores de perclorato electroactivo y los electrodos modificados para mejorar las BER y eliminar los oxianiones del agua. Luego, al combinar estos tres capítulos (artículos), esta tesis tiene el objetvo de introducir o guiar el camino para el desarrollo de nuevas tecnologías electroquímicas microbianas sostenibles destinadas a eliminar el perclorato y el clorato del agua.
- ItemModeling MIC copper release from drinking water pipes(2014) Pizarro Puccio, Gonzalo E.; Vargas Cucurella, Ignacio Tomás; Pastén González, Pablo Arturo; Calle Vásquez, Gustavo René; CEDEUS (Chile)