Bioremediation potential of glyphosate-degrading microorganisms in eutrophicated Ecuadorian water bodies

Abstract

Phosphonate compounds are the basis of many xenobiotic pollutants, such as Glyphosate (N-(phosphonomethyl-glycine). Only procaryotic microorganisms and the lower eukaryotes are capable of phosphonate biodegradation through C–P lyase pathways. Thus, the aim of this study was to determine the presence of C–P lyase genes in Ecuadorian freshwater systems as a first step towards assessing the presence of putative glyphosate degraders. To that end, two Nested PCR assays were designed to target the gene that codifies for the subunit J (phnJ), which breaks the C-P bond that is critical for glyphosate mineralization. The assays designed in this study led to the detection of phnJ genes in 7 out of 8 tested water bodies. The amplified fragments presented 85–100% sequence similarity with phnJ genes that belong to glyphosate-degrading microorganisms. Nine sequences were not reported previously in the GenBank. The presence of phosphonate degraders was confirmed by isolating three strains able to grow using glyphosate as a unique carbon source. According to the 16S sequence, these strains belong to the Pantoea, Pseudomonas, and Klebsiella genera. Performing a Nested PCR amplification of phnJ genes isolated from eutrophicated water bodies, prior to isolation, may be a cost-effective strategy for the bioprospection of new species and/or genes that might have new properties for biotech industries, laying the groundwork for additional research.

Los compuestos de fosfonato son la base de muchos contaminantes xenobióticos, como el glifosato (N-(fosfonometilglicina). Sólo los microorganismos procariotas y los eucariotas inferiores son capaces de biodegradar los fosfonatos a través de las vías de la liasa C-P. El objetivo de este estudio fue determinar la presencia de genes de C-P-liasa en sistemas de agua dulce de Ecuador como un primer paso para evaluar la presencia de posibles degradadores de glifosato. Para ello, se diseñaron dos ensayos de PCR anidada dirigidos al gen que codifica para la subunidad J (phnJ), que rompe el enlace C-P que es crítico para la mineralización del glifosato. Los ensayos diseñados en este estudio permitieron detectar los genes phnJ en 7 de los 8 cuerpos de agua analizados. Los fragmentos amplificados presentaban un 85-100% de similitud de secuencia con genes phnJ que pertenecen a microorganismos degradadores de glifosato. Nueve secuencias no habían sido reportadas previamente en el GenBank. La presencia de degradadores de fosfonatos se confirmó mediante el aislamiento de tres cepas capaces de crecer utilizando el glifosato como única fuente de carbono. Según la secuencia 16S, estas cepas pertenecen a los géneros Pantoea, Pseudomonas y Klebsiella. La detección, previa al aislamiento, de genes phnJ en sistemas acuáticos eutrofizados, puede ser una estrategia rentable para la bioprospección de nuevas especies y/o genes que puedan tener nuevas propiedades para las industrias biotecnológicas.