Biodegradation and Bioremediation

El grup de Biodegradació i Bioremediació de la Universitat de Barcelona compta amb més de 30 anys d’experiència en l’estudi dels processos microbians implicats en la transformació i/o eliminació de contaminants orgànics del medi ambient. Al llarg d’aquest període el focus de la nostra recerca s’ha anat eixamplant de forma progressiva, des dels estudis inicials de biodegradació d’ hidrocarburs aromàtics policíclics (HAPs) individuals per cultius purs de bacteris, fins a l’elucidació de les xarxes metabòliques microbianes que determinen el destí ambiental de barreges complexes de contaminants. Aquest abordatge és possible gràcies a l’experiència multidisciplinar del grup, que combina eines de química analítica, genòmica i transcriptòmica de filotips diana i comunitats ambientals.

En paral·lel a la recerca bàsica, el grup manté una alta activitat de transferència col·laborant amb empreses del sector ambiental, principalment en projectes de descontaminació biològica d’aigües i sòls. Dissenyem i executem estudis de tractabilitat així com estratègies de diagnòstic i monitoratge in situ durant la bioremediació d’emplaçaments contaminats. En definitiva, proporcionem assessoria científica integral a empreses i administracions, actuant com a laboratori de I+D per empreses de l’àmbit ambiental.

El grup forma part del Grup de Recerca Consolidat en Biotecnologia Ambiental i Biorremediació i de l’Institut de Recerca de l’Aigua (IdRA-UB).

• Identificació de les xarxes microbianes implicades en el destí ambiental dels contaminats orgànics.
• Modulació de les xarxes metabòliques per optimitzar tecnologies biològiques de descontaminació d’aigües i sòls.
• Desenvolupament de biomarcadors metabòlics i moleculars per a l’estudi dels processos de biodegradació in situ.
• Cometabolisme i interaccions microbianes durant la degradació de barreges de contaminants.

Finançats en convocatòries públiques (darrers 10 anys):

• Hacia una modulación basada en riesgo de los flujos de carbono implicados en la eliminación biológica de contaminantes orgánicos en suelos: redes microbianas. MCIUN. 2020-2023.
• De la ciencia de la biodisponibilidad a la recuperación de suelos: estimulación sostenible de redes biológicas para la mejora del reciclado del carbono de los contaminantes. MINECO. 2017-2019.
• Microbial networks for polycyclic aromatic compound cycling in polluted soils (NETPAC). MSCA-IF-GF 2014. European Comission. 2015-2018.
• Sinergias funcionales entre microorganismos y plantas in la remediación sostenible de suelos contaminados por HAPs. MICINN. 2014-2016.
• Identificación, evaluación y explotación de las funciones catabólicas presentes en la rizosfera para la recuperación de suelos contaminados por HAPs. MICINN. 2011-2013.
• Grup de Recerca Consolidat (SGR) Biotecnologia Sostenible i Biorremediació. AGAUR. 1998-2020.
• Xarxa de Referència en Biotecnologia de la Generalitat de Catalunya (XRB).

Transferència de tecnologia a empreses (darrers 3 anys):

• Desarrollo y evaluación a nivel de laboratorio de distintas estrategias de descontaminación de terrenos contaminados con aceites dieléctricos. TAUW Iberia. 2019-2021.
• Bioresourcing sea algal waste. TAUW Foundation. 2019-2021.
• Desarrollo de inóculos microbianos y ensayos de laboratorio para valorar tecnologias químicas y biológicas para el tratamiento de acuíferos contaminados con LABs (Petrelab 550). TAUW Iberia. 2019-2020.
• Performance of chemical oxidants for in situ remediation of volatile organic compounds (VOCs) contaminated groundwaters. Determination of isotopic enrichment by CSIA. Tersus Environmental. 2019-2020.
• Estudio de biotratabilidad de un suelo contaminado con un residuo de hidrocarburos. Litoclean SL. 2019.
• Functional analysis of the degrading microbiota in a petroleum hydrocarbon polluted site (fractions dro and gro) and its response to in situ aerobic bioremediation. TAUW Iberia. 2018-2019.
• Ensayos de tratabilidad de un suelo procedentes de fosas de acopio de residuos de extracción petrolera. Litoclean SL. 2018.
• Monitoring btex biodegradation activity in groundwater by using microbiological and molecular tools. TAUW Iberia. 2018.
• Evaluación de distintas estrategias de remediación de terrenos contaminados con aceites dieléctricos. TAUW Iberia. 2018.
• Cambios funcionales en la comunidad bacteriana de aguas subterráneas afectadas por contaminación con hidrocarburos volátiles (btex) durante su tratamiento por bioremediación. TAUW Iberia. 2017-2018.
• Evaluación de una formulación microbiana con base de compost de la empresa GESREMAN SL como enmienda para la bioremediación de suelos contaminados con hidrocarburos del petróleo (fracción tipo diésel). Gestión de Residuos Manchegos, S.L. 2017-2018.
• Anàlisi de la comunitat microbiana en dos digestors anaerobis. CETaqua Centre Tecnològic de l'Aigua. 2017.

Posada-Baquero R., S.N. Jiménez-Volkerink, J.L. García, J. Vila, M. Cantos, M. Grifoll, J.J. Ortega-Calvo. (2020). Rhizosphere-enhanced biosurfactant action on slowly desorbing PAHs incontaminated soil. Science of the Total Environment, 720: 137608. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.137608

Rolando L., J. Vila, R. Posada-Baquero, J.C. Castilla-Alcantara, A.B. Caracciolo, J.J. Ortega-Calvo. Impact of bacterial motility on biosorption and cometabolism of pyrene in a porous medium. Science of the Total Environment, 717: 137210. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.137210

Vila J., Z. Tian, H. Wang, W. Bodnar, M.D. Aitken. (2020). Isomer-selective biodegradation of high-molecular-weight azaarenes in PAH-contaminated environmental samples. Science of the Total Environment, 707: 135503. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.135503

Posada-Baquero R., M. Grifoll, J.J. Ortega-Calvo. (2019). Rhamnolipid-enhanced solubilization and biodegradation of PAHs in soils after conventional bioremediation. Science of the Total Environment, 668: 790-796. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.03.056

Rueda E., M.J. García-Galán, R. Díez-Montero, J. Vila, M. Grifoll, J. García. 2019. Polyhydroxybutyrate and glycogen production in photobioreactors inoculated with wastewater borne cyanobacteria monocultures. Bioresource Technology. 295: 122233. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.122233

Vila J., S.N. Jiménez-Volkerink, M. Grifoll. (2019). Biodegradability of recalcitrant aromatic compounds. In Comprehensive Biotechnology, 3rd edition. Vol 6, pp. 15 - 28. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-64046-8.00343-8

Ruiz-Sánchez J., M. Guivernau, B. Fernández, J. Vila, Viñas M., Riau V., Prenafeta-Boldú F.X. 2019. Functional biodiversity and plasticity of methanogenic biomass from a full-scale mesophilic anaerobic digester treating nitrogen-rich agricultural wastes. Science of the Total Environment, 649: 760-769. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.08.165

Tian Z., J. Vila, M. Yu, W. Bodnar, M.D. Aitken. (2018). Tracing the biotransformation of PAHs in contaminated soil using stable isotope-assisted metabolomics. Environmental Science & Technology Letters, 5(2): 103-108. https://doi.org/10.1021/acs.estlett.7b00554

Tian Z., J. Vila, H. Wang, W. Bodnar, M.D. Aitken. (2017). Diversity and abundance of high-molecular-weight azaarenes in PAH-contaminated environmental samples. Environmental Science & Technology, 51(24): 14047-14054. https://doi.org/10.1021/acs.est.7b03319

Sungthong R., M. Tauler, M. Grifoll, J.J. Ortega-Calvo. (2017) Mycelium-Enhanced Bacterial Degradation of Organic Pollutants under Bioavailability Restrictions. Environmental Science & Technology, 51(20): 11935–11942. https://doi.org/10.1021/acs.est.7b03183

Tian Z., A. Gold, J. Nakamura, Z. Zhang, J. Vila, D.R. Singleton, L.B. Collins, M.D. Aitken. (2017). Nontarget Analysis Reveals a Bacterial Metabolite of Pyrene Implicated in the Genotoxicity of Contaminated Soil after Bioremediation. Environmental Science & Technology, 51(12): 7091-7100. https://doi.org/10.1021/acs.est.7b01172

Tauler M., J. Vila, J.M. Nieto, M. Grifoll. (2016). Key high molecular weight PAH-degrading bacteria in a soil consortium enriched using a sand-in-liquid microcosm system. Applied Microbiology and Biotechnology, 100(7): 3321-3336. https://doi.org/10.1007/s00253-015-7195-8

Romero-Güiza MS., J. Vila, J. Mata-Álvarez, JM. Chimenos, S. Astals. (2016). The role of additives on anaerobic digestion: a review. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 58:1486-1499. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.12.094

Puigserver D., J.M. Nieto, J.M. Carmona, M. Grifoll, J. Vila, A. Cortés, M. Viladevall, B.L. Parker. (2016). Hydrochemical and microbal evolution in microcosm experiments of sites contaminated with chloromethanes under biostimulation with lactic acid. Bioremediation Journal, 20(1):54-70. https://doi.org/10.1080/10889868.2015.1124061

Dosta J., J. Vila, I. Sancho, N. Basset, M. Grifoll, J. Mata-Álvarez. (2015). Two-step partial nitritation/Anammox process in granulation reactors: Start-up operation and microbial characterization. Journal of Environmental Management, 164: 196-205. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2015.08.023

Vila J., M. Tauler, M. Grifoll. (2015). PAH biodegradation in marine and terrestrial environments. Current Opinion in Biotechnology, 33: 95-102. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2015.01.006

Lundstedt S., B.A.M. Bandowe, W. Wilcke, E. Boll, J.H. Christensen, J. Vila, M. Grifoll, P. Faure, C. Biache, C. Lorgeoux, M. Larsson, K. Frech Irgum, P. Ivarsson, M. Ricci. (2014). First intercomparison study on the analysis of oxygenated polycyclic aromatic hydrocarbons (oxy-PAHs) and nitrogen heterocyclic polycyclic aromatic compounds (N-PACs) in contaminated soil. Trac-Trends in Analytical Chemistry, 57: 83-92. https://doi.org/10.1016/j.trac.2014.01.007

Gallego S., J.Vila, M. Tauler, J.M. Nieto, P. Breugelmans, D. Springael, M. Grifoll. (2014). Community structure and PAH ring-hydroxylating dioxygenase genes of a marine pyrene-degrading microbial consortium. Biodegradation, 25:543-556. https://doi.org/10.1007/s10532-013-9680-z

Puigserver D., J.M. Carmona, A. Cortés, M. Viladevall, J.M. Nieto, M. Grifoll, J. Vila, B.L. Parker. (2013). Subsoil heterogeneities controlling porewater contaminant mass and microbial diversity at a site with a complex pollution history. Journal of Contaminant Hydrology, 144 : 1-19. https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2012.10.009

Stancu M.M. and J. Vila. (2013). Physiological response of Escherichia coli IBBCt1 to n-alkanes and kerosene. Environmental Forensics, 14: 50-58. https://doi.org/10.1080/15275922.2012.729009

Tejeda-Agredano M.C., S. Gallego, J. Vila, M. Grifoll, J.J. Ortega-Calvo, M. Cantos. (2013). Influence of the sunflower rhizosphere on the biodegradation of PAHs in soil. Soil Biology and Biochemistry, 57 : 830-840. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2012.08.008

Dosta J., J.M. Nieto, J. Vila, M. Grifoll, J. Mata-Álvarez. (2011). Phenol removal in hypersaline wastewaters in a Membrane Biological Reactor (MBR): operation and microbiological characterization. Bioresource Technology, 102: 4013-4020. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.11.123

Stancu M.M. and M. Grifoll. (2011). Multidrug resistance in hydrocarbon-tolerant Gram-Positive and Gram-Negative bacteria. The Journal of General and Applied Microbiology, 57(1): 1-18. https://doi.org/10.2323/jgam.57.1

Tejeda-Agredano M.C., S. Gallego, J.L. Niqui-Arroyo, J. Vila, M. Grifoll, J.J. Ortega-Calvo. (2011). Effect of interface fertilization on biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons present in nonaqueous phase liquids. Environmental Science and Technology, 45:1074-1081. https://doi.org/10.1021/es102418u

Gallego S., J. Vila, J.M. Nieto, M. Urdiain, R. Rosselló-Móra, M. Grifoll. (2010). Breoghania corrubedonensis gen. nov. sp. nov., a novel alphaproteobacterium isolated from a Galician beach (NW Spain) after the Prestige fuel oil spill, and emended description of the family Cohaesibacteraceae and the species Cohaesibacter gelatinilycus. Systematic and Applied Microbiology, 33: 316-321. https://doi.org/10.1016/j.syapm.2010.06.005

Vila J., J.M. Nieto, J. Mertens, D. Springael, M. Grifoll. (2010). Microbial community structure of a heavy fuel oil-degrading marine consortium: linking microbial dynamics with polycyclic aromatic hydrocarbon utilization. FEMS Microbiology Ecology, 73: 349-362. https://doi.org/10.1111/j.1574-6941.2010.00902.x

• Detecció, quantificació i anàlisi d’expressió per qPCR de poblacions (RNAr 16S i 18S) i gens funcionals diana (ex. dioxigenases, dehalogenases)
• Anàlisi de microbioma total i actiu en mostres ambientals i biològiques mitjançant seqüenciació massiva de llibreries de ARNr 16S (bacteris i arquees) i ITS (fongs).
• Anàlisi de contaminants orgànics (HAPs, BTEX, pesticides, olis minerals, VOCs) en mostres d’aigües i sòls (GC, GC-MS, HPLC)
• Detecció i identificació de productes de transformació microbiana mitjançant eines metabolòmiques (GC-MS, HPLC-MS, HRMS). Aplicació en monitoratge ambiental i avaluació del risc de la bioremediació.
• Anàlisi de genomes, metagenomes i transcriptomes microbians.
• Utilització de traçadors isotòpics per a l’identificació de fluxes de carboni de compostos diana en xarxes microbianes (DNA Isotope Probing)
• Assaigs de tractabilitat de sòls i aigües contaminades per bioremediació i/o oxidació química (ISCO)
• Quantificació de microbiota total i degradadora de contaminants diana
• Desenvolupament d’inòculs microbians d’interès biotecnològic

Dr. José Julio Ortega-Calvo. Investigador Senior. Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Sevilla (IRNAS-CSIC).

Dra. Cristina Minguillón Llombart. Professora Titular. CETT-UB. Universitat de Barcelona.

Dr. Joan Dosta Parras. Professor Agregat. Grup de Recerca en Biotecnologia Ambiental. Universitat de Barcelona.

Dr. Joan García. Catedrátic d’universitat. Group of Environmental Engineering and Microbiology (GEMMA). Universitat Politècnica de Catalunya.