Publicação
Strategies for enhancing hydrocarbons bioremediation
| Resumo: | A contaminação ambiental por hidrocarbonetos constitui um grave problema, que requer o desenvolvimento de novas soluções para proteger e restaurar os ecossistemas. Técnicas de biorremediação têm sido descritas e incentivadas como abordagens eficientes e ecológicas. Neste trabalho, diferentes estratégias foram testadas para estimular a biorremediação de hidrocarbonetos, explorando vias aeróbias e anaeróbias de degradação. Corksorb, um biosorvente à base de cortiça utilizado em derrames de petróleo, promoveu o crescimento e a atividade de bactérias aeróbias hidrocarbonoclásticas. Na presença de corksorb, a degradação de alcanos por Rhodococcus opacus B4 foi mais elevada, i.e., 96±1 % relativamente a 88±3 % na ausência do biosorvente. Para Alcanivorax borkumensis SK2, o crescimento em alcanos foi 1,5 vezes maior nos ensaios com corksorb, e 72±2 % dos alcanos foram biodegradados, enquanto que na sua ausência a degradação foi de 47±2 %. Análise trascriptómica revelou um aumento da expressão genética para rRNA e tRNA, confirmando a maior atividade metabólica da A. borkumensis SK2 na presença de corksorb. Imagens de microscopia eletrónica de varrimento e menor expressão de genes que codificam para a formaçães de pili sugerem que a fixação das células ao corksorb foi determinante para o aumento da atividade. A existência de bactérias nativas degradadoras de alcanos no corksorb foi revelada. Assim, o uso de corksorb pode induzir um efeito combinado de sorção e estímulo da biodegradação, com elevado potencial na biorremediação in situ. A biodegradação anaeróbia de hidrocarbonetos é geralmente um processo lento. Nanomateriais condutores foram testados para acelerar a conversão de hidrocarbonetos a metano, nomeadamente nanotubos de carbono (CNT), CNT impregnados com 2 % de ferro (CNT@Fe) ou magnetite (MG). Quando se utilizou um sedimento ribeirinho recentemente contaminado com óleos como inóculo e fonte de carbono, o teor de hidrocarbonetos não se alterou significativamente ao longo do tempo, em todas as condições testadas, apontando para a ausência de atividade degradadora de hidrocarbonetos no sedimento. No entanto, a produção cumulativa de metano foi 10,2 e 4,5 vezes maior nos ensaios com CNT@Fe e CNT, respetivamente, quando comparada com os ensaios realizados sem nanomateriais, mostrando um efeito estimulador destes na degradação da matéria orgânica natural. Numa segunda experiência, 1-hexadeceno foi convertido a metano em quantidades quasi-estequiométricas, mas não houve estímulo pelos nanomateriais, possivelmente devido à incapacidade dos microrganismos para receberem/transferirem eletrões para os materiais. Globalmente, esta tese traz informação importante sobre o potencial de aplicação de um biosorvente (Corksorb) e de nanomateriais condutores na conversão aeróbia e anaeróbia de hidrocarbonetos, com vista à biorremediação in situ e ex situ de matrizes ambientais contaminadas ou resíduos oleosos. Estudos adicionais e investimento na investigação são necessários nesta área, para projetar e desenvolver novas estratégias de estímulo da biorremediação, uma vez que a recuperação de áreas poluídas por processos naturais é geralmente difícil, e o mundo tem urgência em encontrar soluções para a descontaminação de derrames de petróleo. |
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| Autores principais: | Martins, Valdo Ricardo Alves |
| Assunto: | Hidrocarbonetos Biorremediação Corksorb Nanomateriais condutores Hydrocarbons Bioremediation Conductive nanomaterials Engenharia e Tecnologia::Biotecnologia Ambiental |
| Ano: | 2021 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | A contaminação ambiental por hidrocarbonetos constitui um grave problema, que requer o desenvolvimento de novas soluções para proteger e restaurar os ecossistemas. Técnicas de biorremediação têm sido descritas e incentivadas como abordagens eficientes e ecológicas. Neste trabalho, diferentes estratégias foram testadas para estimular a biorremediação de hidrocarbonetos, explorando vias aeróbias e anaeróbias de degradação. Corksorb, um biosorvente à base de cortiça utilizado em derrames de petróleo, promoveu o crescimento e a atividade de bactérias aeróbias hidrocarbonoclásticas. Na presença de corksorb, a degradação de alcanos por Rhodococcus opacus B4 foi mais elevada, i.e., 96±1 % relativamente a 88±3 % na ausência do biosorvente. Para Alcanivorax borkumensis SK2, o crescimento em alcanos foi 1,5 vezes maior nos ensaios com corksorb, e 72±2 % dos alcanos foram biodegradados, enquanto que na sua ausência a degradação foi de 47±2 %. Análise trascriptómica revelou um aumento da expressão genética para rRNA e tRNA, confirmando a maior atividade metabólica da A. borkumensis SK2 na presença de corksorb. Imagens de microscopia eletrónica de varrimento e menor expressão de genes que codificam para a formaçães de pili sugerem que a fixação das células ao corksorb foi determinante para o aumento da atividade. A existência de bactérias nativas degradadoras de alcanos no corksorb foi revelada. Assim, o uso de corksorb pode induzir um efeito combinado de sorção e estímulo da biodegradação, com elevado potencial na biorremediação in situ. A biodegradação anaeróbia de hidrocarbonetos é geralmente um processo lento. Nanomateriais condutores foram testados para acelerar a conversão de hidrocarbonetos a metano, nomeadamente nanotubos de carbono (CNT), CNT impregnados com 2 % de ferro (CNT@Fe) ou magnetite (MG). Quando se utilizou um sedimento ribeirinho recentemente contaminado com óleos como inóculo e fonte de carbono, o teor de hidrocarbonetos não se alterou significativamente ao longo do tempo, em todas as condições testadas, apontando para a ausência de atividade degradadora de hidrocarbonetos no sedimento. No entanto, a produção cumulativa de metano foi 10,2 e 4,5 vezes maior nos ensaios com CNT@Fe e CNT, respetivamente, quando comparada com os ensaios realizados sem nanomateriais, mostrando um efeito estimulador destes na degradação da matéria orgânica natural. Numa segunda experiência, 1-hexadeceno foi convertido a metano em quantidades quasi-estequiométricas, mas não houve estímulo pelos nanomateriais, possivelmente devido à incapacidade dos microrganismos para receberem/transferirem eletrões para os materiais. Globalmente, esta tese traz informação importante sobre o potencial de aplicação de um biosorvente (Corksorb) e de nanomateriais condutores na conversão aeróbia e anaeróbia de hidrocarbonetos, com vista à biorremediação in situ e ex situ de matrizes ambientais contaminadas ou resíduos oleosos. Estudos adicionais e investimento na investigação são necessários nesta área, para projetar e desenvolver novas estratégias de estímulo da biorremediação, uma vez que a recuperação de áreas poluídas por processos naturais é geralmente difícil, e o mundo tem urgência em encontrar soluções para a descontaminação de derrames de petróleo. |
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