[en] Pharmaceutical active compounds are an important, large and diverse group of chemical compounds designed to cause therapeutic effects on health, mainly human but also animal. Because of their composition, they are bioactive and difficult to be degraded even when present at a minimal dose. Their variety of structure, composition and effects is huge, while some of them are completely removed at wastewater treatment plants, others are only partially or non-removed. Furthermore, despite of being strictly regulated by clinical trials before their market distribution, specific restrictions for their release in the environment are almost non-existent, and there is not a standard quantification method yet. Regarding this situation, there is a need to implement alternative technologies in wastewater treatment plants to remove pharmaceuticals from water before entering the environment. One possible treatment is the use of ligninolytic fungi to degrade these compounds. In relation with this approach, the white-rot fungus T. versicolor has been widely studied in the removal of many pharmaceutical active compounds in wastewater under non-sterile conditions. However, there are still several questions to tackle: recalcitrant compounds unable to be degraded, the generation of transformation products, and operational bottlenecks can be highlighted among many other. Certain pharmaceuticals are considered recalcitrant due to its stable structure when treated for their removal. In fungal treatment, this stability depends mainly on factors such as the degradation mechanism, which is directly affected by the metabolism of the fungal species. A screening experiment among 6 different species of fungi attempted to discover new candidates in the removal and biodegradation of recalcitrant compounds. Scarcely studied species such as S. rugosoannulata and G. luteofolius obtained considerable removals linked to biodegradation processes. The removal of pharmaceutical active compounds has also been studied in terms of biodegradation and sorption mechanisms in submerged cultures. Regarding sorption processes, the analyses of the pharmaceutical active compounds present in liquid phase and in fungal biomass showed similar results respect to the sorption estimated by heat killed control biomass. It has been proven that 6 days is generally insufficient time for fungal biomass to degrade the adsorbed contaminants. Concerning the generation of transformation products from parental compounds, odesmethylvenlafaxine and n-desmethylvenlafaxine were identified as the two main biological transformation products generated during the degradation of the recalcitrant compound venlafaxine. On the other hand, transformation products generated by the fungus P. ostreatus in the degradation of diclofenac and ketoprofen coincide with the molecules generated by T. versicolor in the same treatment according to their nuclear magnetic resonance profiles. Besides, studies on two main fungal enzymatic mechanisms showed that the extracellular enzyme laccase is involved in the degradation of recalcitrant compounds such as atenolol, whereas the intracellular enzymatic complex cytochrome P450 is involved in diclofenac transformation. Operational bottlenecks, such as microbial competition by native microbiota for nutrients in fungal bioreactors, cause several problems in applying continuous treatment. In order to prevent bacteria proliferation, the implementation of a biosand filter for the reduction of a high bacterial load in hospital wastewater was evaluated. This pretreatment was not able to achieve enough reduction in bacterial load of the fungal reactor's inlet. Instead, the native microbiota present in the biosand filter was able to remove spiked concentrations of the antibiotic ciprofloxacin and the analgesic ibuprofen. This opened the way for a molecular biology study with denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) to analyse which changes in the microbiota could entail the presence of potential candidates for pharmaceutical removal and which could be those microorganisms. Other operational issues to be tackled in T. versicolor reactors were the need for carbon supply and the pH control. In this thesis, P. ostreatus and S. rugosoannulata have proven able to self-obtain its carbon source from wastewaters achieving high chemical oxygen demand (COD) reductions, avoiding the need for carbon supply. Besides, S. rugosoannulata was also able to lower the pH of hospital wastewaters to its optimal, and hence showing promising features to its full implementation in reactors.

[es] Los fármacos son un grupo grande, importante y diverso, de compuestos químicos diseñados para causar efectos terapéuticos sobre la salud principalmente humana, pero también animal. Por su composición, son bioactivos y difíciles de degradar aunque presenten una dosis mínima. Su variedad estructural, de composición y efectos es enorme y mientras que algunos de ellos son eliminados completamente en las depuradoras, otros permanecen inalterados o parcialmente transformados. Además, a pesar de ser estrictamente regulados por ensayos clínicos antes de su distribución en el mercado, no existen restricciones específicas para su liberación en el medio ambiente, y aún falta un método de cuantificación estándar para detectarlos. Hay que implementar tecnologías alternativas en las depuradoras para eliminar estos principios activos del agua antes de ser vertidos al medio ambiente. Un posible tratamiento es el uso de hongos ligninolíticos. En relación con este tratamiento, el hongo T. versicolor, perteneciente al grupo de hongos de podredura blanca, ha sido ampliamente estudiado en la eliminación de muchos principios activos farmacéuticos en aguas residuales y condiciones no estériles. Sin embargo, aún hay varias cuestiones a resolver entre las cuales destacan: los compuestos recalcitrantes, la generación de productos de transformación y cuellos de botella operacionales. Se consideran recalcitrantes aquellos fármacos que permanecen inalterados debido a su estructura estable durante los tratamientos de eliminación. En el caso de los tratamientos con hongos, esta estabilidad depende principalmente de factores como el mecanismo de degradación, directamente relacionado con el metabolismo de las especies de hongo empleadas. En ese sentido se realizó un experimento de cribado entre 6 especies diferentes de hongos para descubrir candidatos potenciales para tratar compuestos recalcitrantes. Especies hasta ahora poco estudiadas, como S. rugosoannulata y G. luteofolius, proporcionaron importantes eliminaciones, vinculadas a procesos de biodegradación. También se estudió la eliminación de fármacos teniendo en cuenta los diferentes mecanismos de biodegradación y sorción en cultivos sumergidos. En cuanto a la sorción, los análisis de los fármacos presentes en la fase líquida y en la biomasa del hongo muestran resultados similares respecto a la sorción estimada a partir de controles con biomasa de hongo inactivada por el calor. Se ha demostrado que 6 días no es tiempo suficiente para que el hongo pueda degradar los contaminantes adsorbidos. En cuanto a la generación de productos de transformación a partir de compuestos principales, se identificaron o-desmethylvenlafaxine y n-desmethylvenlafaxine como los dos principales productos de transformación biológica generados durante la degradación del compuesto recalcitrante venlafaxina. Por otra parte, los productos de transformación generados por el hongo P. ostreatus en la degradación de diclofenaco y ketoprofeno coinciden con las moléculas generadas por T. versicolor en el mismo tratamiento, según sus perfiles de resonancia magnética nuclear. Además, estudios sobre dos de los principales mecanismos enzimáticos de los hongos, demostraron que enzima extracelular lacasa está implicada en la degradación de compuestos recalcitrantes como el atenolol, mientras que el complejo enzimático intracelular citocromo P450 interviene en la eliminación de diclofenaco. Los cuellos de botella operacionales como la contaminación microbiana y la competencia por los nutrientes en los biorreactores fúngicos provocan varios problemas en el mantenimiento de los mismos. Para prevenir la proliferación de bacterias se evaluó la implementación de un biofiltro de arena para la reducción de la carga bacteriana en aguas residuales de hospital. A pesar de conseguir cierta reducción bacteriana, este pretratamiento no permitió reducir suficientemente la carga bacteriana de entrada del reactor con el hongo. En cambio, la microbiota nativa presente en el biofiltro de arena fue capaz de eliminar concentraciones del antibiótico ciprofloxacina y el analgésico ibuprofeno. Esto motivó el análisis molecular mediante electroforesis en gel de gradiente desnaturalizante (DGGE) para analizar los cambios que se producían en la microbiota como consecuencia de la exposición continuada a fármacos y que poblaciones microbianas eran candidatos potenciales responsables de la elimincación de dichos fármacos. Otro de los problemas operativos a tratar en reactores con T. versicolor es la necesidad de proveer el reactor de carbono por un lado, y del control del pH por el otro. En esta tesis, P. ostreatus y S. rugosoannulata han demostrado poderse autoproveer de carbono a partir de aguas residuales con altos valores de demanda química de oxígeno (DQO), evitando así la necesidad de su suministro. Además, S. rugosoannulata también pudo reducir el pH de las aguas residuales hospitalarias a su nivel óptimo y, por tanto, mostró rasgos prometedores para su futura implementación completa en reactores.