Degradação do tetracloroeteno por consórcios bacterianos em reator horizontal de leito fixo

• Main Author: Rafael Dutra de Armas
• Other Authors: Marcio Rodrigues Lambais
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2011
• Subjects: Água - Contaminação; Bactérias; Biofilmes; Biorremediação; Cromatografia; RNA Ribossômico; 16S rRNA; Bacterial immobilization; Gas chromatography; Monooxygenase; PCR-DGGE
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11138/tde-20122011-091035/

O tetracloroeteno (PCE), um dos principais contaminantes de águas subterrâneas, é uma molécula recalcitrante, com toxicidade elevada. Processos de biorremediação de água ou solo contaminados com PCE são normalmente limitados pela baixa eficiência de microrganismos sabidamente envolvidos em sua degradação. No entanto, a prospecção de novos microrganismos, mais eficientes na degradação do PCE é uma alternativa para otimizar esses processos. Os objetivos deste estudo foram desenvolver uma técnica de biorremediação utilizando um reator horizontal de leito fixo (RHLF) contendo consórcios de microrganismos eficientes na degradação do PCE, e caracterizar a via de degradação do PCE utilizada pelo consórcio selecionado. Para tanto, amostras de sedimento de dois poços de monitoramento de água foram coletadas de uma metalúrgica com histórico de contaminação com PCE. Os sedimentos foram imobilizados, acondicionados em RHLFs específicos e submetidos a cultivo de enriquecimento em meio mínimo suplementado com PCE. A estrutura das comunidades e a diversidade bacteriana dos RHLFs foram avaliadas e comparadas com as amostras do PM1 e PM2, por PCR-DGGE e sequenciamento de bibliotecas de clones do gene rRNA 16S. Os resultados evidenciaram a seleção de populações bacterianas no RHLF contendo o inóculo do PM1 (In1) após o cultivo de enriquecimento, enquanto no RHLF contendo o inóculo do PM2 (In2), a estrutura da comunidade bacteriana não diferiu daquela observada no PM2. Ensaios de degradação do PCE nos RHLFs, usando cromatografia gasosa associada à espectrometria de massas (CG/EM), mostraram, após 12 horas, uma eficiência de 87 % na degradação do PCE no reator com In1 e 96 % no reator com In2. Foi feito o isolamento e identificação, por sequenciamento do gene rRNA 16S, das bactérias dos RHLFs, sendo identificados 4 isolados do In1, similares a Burkholderia sp., Pseudomonas stutzeri, P. oryzihabitans e Stenotrophomonas maltophilia e 7 isolados do In2, similares a Microbacterium trichotecenenolyticum, S. maltophilia, Klebsiella sp., Exiguobacterium acetylicum, P. oryzihabitans, Acinetobacter junii e Comamonas sp. Compostos orgânicos voláteis nos reatores com In1 e In2 foram analisados por CG/EM, identificando a produção de clorofórmio (TCM) e 1,1,1-tricloroetano (TCA) como produtos da degradação do PCE. Consórcios formados por bactérias isoladas dos reatores In1 (IIn1) e In2 (IIn2) foram imobilizados e acondicionados em RHLFs distintos para avaliar o potencial dos mesmos na degradação do PCE. Após 12 horas, 92 % do PCE foi degradado nos reatores com IIn1 e IIn2, com produção de TCM e TCA. Testes de degradação usando células em suspensão foram conduzidos para avaliar a eficiência de cada isolado na degradação do PCE. O isolado I8 do In2 (I8In2), identificado como Comamonas sp., teve 68 % de eficiência na degradação do PCE. Ensaios com inibidor de monoxigenases do citocromo P-450 (1-aminobenzotriazole) mostraram que a degradação do PCE nos RHLFs, contendo IIn1, IIn2 e I8In2, foram dependentes dessa enzima. Como conclusão, nós identificamos uma nova via de degradação do PCE altamente eficiente, aeróbia e mediada por monoxigenases e isolamos cepas bacterianas que podem ser usadas como consórcios imobilizados nos RHLFs como uma alternativa eficiente na remediação de áreas contaminadas com PCE. === Tetrachloroethene (PCE), one of the main contaminants of groundwater, is a recalcitrant molecule with high toxicity. Bioremediation processes of water or soil contaminated with PCE are usually limited by the low efficiency of microorganisms known to be involved in its degradation. However, the exploration of new and more efficient microorganisms in the degradation of PCE is an alternative to optimize these processes. The objectives of these studies were to develop a bioremediation technique using horizontal fixed bed reactor (HFBR) containing microbial consortia effective in the PCE degradation, and to characterize the PCE degradation pathway used by the selected consortium. For that, sediment samples of two groundwater monitoring wells were collected from a metallurgical plant with historical of PCE contamination. The sediments were immobilized, packed in specific HFBRs and subjected to enrichment in minimal medium supplemented with PCE. The bacterial community structure and diversity in the HFBRs were evaluated and compared to samples from the MW1 and MW2, by PCR-DGGE and sequencing of 16S rRNA gene clone libraries. The results revealed the selection of bacterial populations in the HFBR containing inoculum from MW1 (In1) after enrichment, while in the HFBRs containing inoculum from MW2 (In2), the bacterial community structure did not differ from that observed in MW2. Tests of PCE degradation in HFBRs using gas chromatography-mass spectrometry (GC/MS) showed, after 12 hours, an efficiency of 87 % in the PCE degradation in the In1 reactor and 96 % in the In2 reactor. Bacteria from HFBR were isolated and identified by sequencing of 16S rRNA gene, and 4 isolates from In1, similar to Burkholderia sp., Pseudomonas stutzeri, P. oryzihabitans and Stenotrophomonas maltophilia, and 7 isolates from In2, similar to Microbacterium trichotecenenolyticum, S. maltophilia, Klebsiella sp., Exiguobacterium acetylicum, P. oryzihabitans, Acinetobacter junii and Comamonas sp. were identified. Volatile organic compounds in the reactors with In1 and In2 were analyzed by GC/MS, showing the production of chloroform (TCM) and 1,1,1-trichloroethane (TCA) as PCE degradation products. Consortia composed of bacteria isolated from the In1 (IIn1) and In2 (IIn2) reactors were immobilized and packed in distinct HFBRs to evaluate the potential of specific consortia in PCE degradation. After 12 hours, 92 % of PCE was degraded in reactors with IIn1 and IIn2, with the production of TCM and TCA. Degradation tests using cells suspension were conducted to evaluate the efficiency of each isolate in PCE degradation. Isolate I8 from In2 (I8In2), identified as Comamonas sp., showed 68 % efficiency in the PCE degradation. Assays using inhibitor of monooxygenases cytochrome P-450 (1-aminobenzotriazole) showed that the PCE degradation in HFBRs containing IIn1, IIn2 and I8In2 were dependent of this enzyme. In conclusion, we have identified a new highly efficient PCE degradation pathway, aerobic and mediated by monooxygenases, and isolated bacterial strains that may be used as consortia which immobilized in HFBRs as an efficient alternative in the remediation of PCE contaminated areas.