Diversidade filogenética da comunidade de procariotos associada à digestão anaeróbica de resíduos orgânicos urbanos e de suínos

• Main Author: Juliana Cardinali Rezende
• Other Authors: Andrea Maria Amaral Nascimento
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Minas Gerais 2012
• Online Access: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-9AHGTE

=== Cities generation of municipal solid waste (MSW) and wastewater is a society inherent phenomenon. Addressing it is essential and anaerobic digestion (AD) is a promising strategy. The knowledge of prokaryotes diversity, dynamics and quantification is essential in order to optimize this process. In this study, we used a combination of molecular approaches to phylogenetically and quantitatively analyze the prokaryotes communities from: a full-scale anaerobic reactor treating MSW (Madrid-Spain) during start-up and in steady condition; a pilotscale reactor treating domestic wastewater (Belo Horizonte) during the dry and rainy seasons; and an anaerobic pond with pig waste in a refrigerator. Shifts in the prokaryotes communities were observed as a result of operational and environmental changes in these systems. Bacteroidetes and Firmicutes (mainly Clostridia) predominated. In the UASB reactor during the rainy season, Bacteroidetes predominated over Firmicutes, Bacilli class organisms were observed and also identified during start-up reactor treating MSW. Proteobacteria, carbohydrates oxidizers, also prevailed in the UASB reactor, with -proteobacteria predominating among the five identified classes. In addition, this group was identified in conjunction with -proteobacteria in the anaerobic pond. In the MSW reactor, only - proteobacteria was identified during start-up. Chloroflexi, common in wastewater and MSW reactors, was identified only in the anaerobic pond. Some phyla, mainly consisting of hydrolytic and acidogenic bacteria, were specific or more common to certain systems. During MSW reactor operation substitutions in the prokaryotes composition, increase in cell numbers and in the volatile fatty acids (VFAs) concentration occurred as a result of organic loading of the reactor. In contrast, in the UASB reactor during the rainy season, sewage dilution resulted in a decrease of bacterial cells, but their speciation increased the diversity of this group, which was the more abundant than archaea in all the systems. In the MSW reactor and anaerobic pond, the production of methane was dominated by hydrogenotrophic archaea and its relationship with the VFAs degrading bacteria. In contrast, in the UASB reactor the methane was produced by the aceticlastic and methylotrophic archaea and a minor fraction by hydrogenotrophic archaea. Crenarchaeota predominated in the anaerobic pond and was identified in the MSW reactor during steady conditions. As noted in the three waste treatment systems, the physical-chemical, environmental or operational parameters are directly related to the composition and dynamics of the prokaryotes communities and their metabolism in the degradation of organic matter and methane production. === A geração de resíduos sólidos urbanos (RSU) e líquidos é um fenômeno inerente ao cotidiano da sociedade moderna, sendo sua resolução um sério problema: a utilização da digestão anaeróbica (DA) é uma estratégia promissora. Conhecer a diversidade de procariotos, sua dinâmica e sua quantificação é essencial para a otimização deste processo. Neste estudo, usou-se uma combinação de abordagens moleculares para análises filogenéticas e quantitativas das comunidades de procariotos em: reator anaeróbico em escala industrial, em tratamento de RSU (Madri-Espanha), no start-up e em condições estáveis; reator em escala piloto, em tratamento de águas residuárias domiciliares (Belo Horizonte), nos períodos de chuva e seca; e lagoa anaeróbica, com resíduo suíno de um frigorífico. Mudanças nas comunidades de procariotos foram observadas como consequência das alterações operacionais e ambientais nestes sistemas. Bacteroidetes e Firmicutes (Clostridia) predominaram, sendo que no reator UASB, na estação de chuva, houve predominância de Firmicutes. A classe Bacilli foi também identificada no start-up do reator em tratamento de RSU. Proteobacteria, oxidadores de carboidratos, foram também detectadas no reator UASB, com a dominância de -proteobacteria dentre as cinco classes identificadas. Na lagoa anaeróbica, - e - proteobacteria foram encontradas. No reator RSU, apenas -proteobacteria foi identificada no start-up. Chloroflexi, comum em reatores em tratamento de esgoto sanitário e de RSU, foi identificado apenas na lagoa anaeróbica. Alguns filos foram específicos, ou mesmo comuns a certos sistemas, abrangendo principalmente bactérias hidrolíticas e acidogênicas. Durante a operação do reator em tratamento de RSU mudanças na composição dos procariotos, aumento no número de células e aumento na concentração de ácidos graxos voláteis ocorreu em consequência do carregamento do reator. Em contraste, no reator UASB, na estação de chuva, a diluição do esgoto levou à diminuição do número de células bacterianas. Entretanto, houve aumento da diversidade de espécies deste grupo, o qual foi mais abundante que as arqueias em todos os sistemas anaeróbicos. No reator em tratamento de RSU e na lagoa anaeróbica houve predominância de arqueias hidrogenotróficas, em associação com as bactérias degradadoras de ácidos graxos voláteis, na produção de metano. Em contraste, no reator UASB a produção do metano foi realizada pelas arqueias aceticlásticas e metilotróficas e uma pequena fração pelas hidrogenotróficas. Crenarchaeota predominou na lagoa anaeróbica e no reator em tratamento de RSU. Como observado nos três sistemas anaeróbicos de tratamento dos resíduos, aspectos microbiológicos, físico-químicos, operacionais ou sazonais estão diretamente relacionados com a composição e dinâmica das comunidades de procariotos e seu metabolismo na degradação da matéria orgânica e produção do metano.