Aplicación de técnicas moleculares en el estudio de la diversidad de comunidades microbianas y control de su desarrollo en un sistema petrolero

Abstract

La presente tesis aborda una de las problemáticas de mayor impacto en la industria del petróleo como es la corrosión microbiológica de sus instalaciones, proceso denominado corrosión influenciada microbiológicamente (MIC). Más específicamente el trabajo se enfoca en el estudio de las comunidades microbianas nativas de reservorio de petróleo y el control de su dinámica de cambios cuantitativos y cualitativos en el tiempo, utilizando para su análisis y seguimiento una combinación de métodos. Los mismos incluyen métodos microbiológicos tradicionales de cultivos bacterianos, métodos moleculares independientes de cultivo para la caracterización de las comunidades microbianas (incluyendo bacterias y arqueas), técnicas de microscopia electrónica y de fuerza atómica de los cupones utilizados en los ensayos, métodos analíticos para el análisis de metabolitos, hidrocarburos, biocidas, y otros elementos químicos, técnicas electroquímicas para la evaluación de la corrosión, diseños experimentales y manejo de sistemas de cultivo y biorreactores, entre otros. Los análisis realizados incluyen un enfoque profundo de cada sistema utilizado, con un abordaje metodológico y conceptual detallado y una interpretación de los resultados obtenidos que logra integrar los mismos en modelos funcionales que intentan explicar la dinámica de procesos microbiológicos y fisicoquímicos de la corrosión y del efecto de la aplicación del biocida a los sistemas. El análisis realizado sobre los diferentes grupos bacterianos y de arqueas en el contexto de los modelos funcionales propuestos, incluyen un detalle del rol potencial de cada uno y de las posibles interacciones entre los mismos a partir del flujo de los electrones, de metabolitos, del metano, y de otros componentes del sistema. En la primera parte del trabajo se analiza el efecto de la aplicación del biocida THPS en cultivos batch con cupones de acero al carbono sobre las poblaciones microbianas (adheridas al cupón y planctónicas) y la estabilidad del biocida utilizado en agua de tanque. El tratamiento con THPS resultó efectivo reduciendo inicialmente la concentración de poblaciones planctónicas en agua de tanque, tanto bacterias como arqueas, favoreciendo la selección de taxones involucrados en el proceso de corrosión. El tratamiento produjo la reducción de la velocidad de corrosión, aun en presencia de biofilm, sugiriendo una acción inhibitoria de la corrosión por parte del biocida. Superado el periodo de efectividad del THPS, la comunidad planctónica recuperó su concentración y potencial corrosivo, mediado por microorganismos reductores del sulfato (MRS) y arqueas metanogénica. En la segunda parte del trabajo se estudia el efecto de dos aplicaciones del biocida THPS en un reactor con circulación forzada con cupones de acero al carbono. En estos sistemas se realiza un pormenorizado análisis del control y seguimiento de la dinámica de las poblaciones microbianas (incluyendo los diferentes grupos bacterianos y de arqueas que participan del proceso) y de sus efectos sobre los diferentes componentes del biorreactor (capa de hidrocarburos, agua, superficie de los cupones, barro de fondo, etc). El análisis se extiende al efecto sobre el sistema de la aplicación de dos dosis del biocida utilizado. El tratamiento con biocida impactó en las abundancias de las especies minoritarias afectando sus relaciones sintróficas en la comunidad. Particularmente, el análisis de abundancia permitió evidenciar la inhibición de las poblaciones metanogénicas acetoclásticas conduciendo al aumento de la concentración de acetato y ejerciendo un efecto inhibidor de la degradación del crudo por producto. Además, el tratamiento modificó la estructura de la comunidad, conservando la potencial actividad corrosiva representada por microorganismos involucrados en la MIC. El tratamiento con THPS resultó efectivo en la reducción de la adherencia celular a superficies metálicas limpias, sin embargo, no evitó el proceso de corrosión localizada. De los resultados, se infiere que la selección de un biocida para el control de la MIC a campo debería hacerse teniendo en cuenta su efecto sobre la comunidad microbiana autóctona y, que el uso de métodos moleculares y modelos simulando la condición de campo resultaría una aproximación más ajustada a la situación real del sistema petrolero.