Produção de lacases pelo fungo filamentoso de origem marinha Peniophora sp. CBMAI 1063 em biorreator de bancada

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Avaliação do processo de contaminação e remediação de água subterrânea por hidrocarbonetos

Pós-graduação em Engenharia Civil e Ambiental - FEB

Fungos endofíticos: prospecção de atividade biocatalítica e aplicação biotecnológica

Pós-graduação em Biotecnologia - IQ

Avaliação da contaminação por hidrocarbonetos do solo e da água da região de Avaré

Pós-graduação em Engenharia Civil e Ambiental - FEB

Remoção de elementos potencialmente tóxicos em resíduo sólido da indústria canavieira para utilização como condicionador de solo na agricultura

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Utilização das sementes de Moringa oleifera como adsorvente para a remoção de corantes têxteis em meio aquoso

Com o grande crescimento da população e consequentemente o aumento significativo do consumo de produtos de origem industrial, quantidades enormes de efluentes são geradas, e muitas vezes descartadas de forma imprópria. Esses resíduos industriais comumente são eliminados em mananciais hídricos, afetando lençóis freáticos, córregos, rios e oceanos. Uma das maiores evidências da poluição da água é a alteração de sua cor original. Despejo de efluentes têxteis, por exemplo, alem de alterar drasticamente a cor dos mananciais, geram produtos e subprodutos tóxicos, nocivos tanto para a flora como para a fauna aquática. Essas substâncias possuem alta persistência em meio aquático devido a sua natureza química, conferindo a estes efluentes um lento processo de biodegradação e podendo ter efeito bioacumulativo na cadeia alimentar. Assim veem sendo desenvolvidas diversas maneiras de se controlar a quantidade e a qualidade de efluentes industriais, dentre eles os de corantes têxteis. As técnicas mais utilizadas são a cloração, filtração, tratamentos floculantes e adsorção por Carvão Ativados. Porem, muitas vezes esses processos possuem desvantagens, como, por exemplo, o alto custo e alterações drásticas no pH. Assim tratamentos alternativos, como o uso de Moringa oleifera, veem sendo muito estudados. Este trabalho visou avaliar o potencial do uso das sementes de Moringa oleifera como adsorvente na remoção de corantes têxteis em meio aquoso. Para isso foi analisado a remoção do corante Direct Violet 51, utilizando pó das sementes. Foram realizados testes com diferentes tempos de contato nos valores de pH 2,5, 4,5 e 6,5. Posteriormente novos testes foram realizados, utilizando o sobrenadante e a biomassa das sementes, ambos na forma livre e imobilizada em alginato de calcio, bem como reutilização destes. Através da analise das amostras, notou-se que o processo de coagulação/floculação sobressaiu-se em...

Utilização das sementes de Moringa oleifera como adsorvente para a remoção de corantes têxteis em meio aquoso

Com o grande crescimento da população e consequentemente o aumento significativo do consumo de produtos de origem industrial, quantidades enormes de efluentes são geradas, e muitas vezes descartadas de forma imprópria. Esses resíduos industriais comumente são eliminados em mananciais hídricos, afetando lençóis freáticos, córregos, rios e oceanos. Uma das maiores evidências da poluição da água é a alteração de sua cor original. Despejo de efluentes têxteis, por exemplo, alem de alterar drasticamente a cor dos mananciais, geram produtos e subprodutos tóxicos, nocivos tanto para a flora como para a fauna aquática. Essas substâncias possuem alta persistência em meio aquático devido a sua natureza química, conferindo a estes efluentes um lento processo de biodegradação e podendo ter efeito bioacumulativo na cadeia alimentar. Assim veem sendo desenvolvidas diversas maneiras de se controlar a quantidade e a qualidade de efluentes industriais, dentre eles os de corantes têxteis. As técnicas mais utilizadas são a cloração, filtração, tratamentos floculantes e adsorção por Carvão Ativados. Porem, muitas vezes esses processos possuem desvantagens, como, por exemplo, o alto custo e alterações drásticas no pH. Assim tratamentos alternativos, como o uso de Moringa oleifera, veem sendo muito estudados. Este trabalho visou avaliar o potencial do uso das sementes de Moringa oleifera como adsorvente na remoção de corantes têxteis em meio aquoso. Para isso foi analisado a remoção do corante Direct Violet 51, utilizando pó das sementes. Foram realizados testes com diferentes tempos de contato nos valores de pH 2,5, 4,5 e 6,5. Posteriormente novos testes foram realizados, utilizando o sobrenadante e a biomassa das sementes, ambos na forma livre e imobilizada em alginato de calcio, bem como reutilização destes. Através da analise das amostras, notou-se que o processo de coagulação/floculação sobressaiu-se em...

Biosynthesis and uptake of copper nanoparticles by dead biomass of Hypocrea lixii isolated from the metal mine in the Brazilian Amazon Region

A biological system for the biosynthesis of nanoparticles (NPs) and uptake of copper from wastewater, using dead biomass of Hypocrea lixii was analyzed and described for the first time. The equilibrium and kinetics investigation of the biosorption of copper onto dead, dried and live biomass of fungus were performed as a function of initial metal concentration, pH, temperature, agitation and inoculum volume. The high biosorption capacity was observed for dead biomass, completed within 60 min of contact, at pH 5.0, temperature of 40 °C and agitation speed of 150 rpm with a maximum copper biosorption of 19.0 mg g(-1). The equilibrium data were better described using the Langmuir isotherm and kinetic analysis indicated that copper biosorption follows a pseudo-second-order model. The average size, morphology and location of NPs biosynthesized by the fungus were determined by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and transmission electron microscopy (TEM). NPs were mainly spherical, with an average size of 24.5 nm, and were synthesized extracellularly. The X-ray diffraction (XRD) analysis confirms the presence of metallic copper particles. Infrared spectroscopy (FTIR) study revealed that the amide groups interact with the particles, which was accountable for the stability of NPs. This method further confirmed the presence of proteins as stabilizing and capping agents surrounding the copper NPs. These studies demonstrate that dead biomass of Hypocrea lixii provides an economic and technically feasible option for bioremediation of wastewater and is a potential candidate for industrial-scale production of copper NPs.

Expressão heteróloga de biossurfactantes identificados em bibliotecas metagenômicas

The microorganisms have a vast genetic diversity and they are present throughout the biosphere, however, only about 1% of the species can be cultivated by traditional cultivation techniques. Within this diversity there is a huge pool genetic and biological being explored. The metagenomics has enabled direct access to microbial genome derived from environmental samples using independent methods of cultivation. The methodology enables to obtain functional information about the proteins, as well as identify potential products with biotechnological interest and new industrially exploitable biological resources, such as new solutions to environmental impacts. Oil-contaminated areas are characterized by a large accumulation of hydrocarbons and surfactants may be used for bioremediation. Thus, the metagenomic approach was used in this study in order to select genes involved in the degradation and hydrocarbon emulsification. In a previous work, the environmental DNA (eDNA) was extracted from soil samples collected from two different areas (Caatinga and Saline River) of Rio Grande do Norte (Brazil), the metagenomic libraries were constructed and functionally analyzed. The clone able to degrade the oil was evaluated for the ability to synthesize biosurfactants. The sequence analysis revealed an ORF with 897 bp, 298 amino acids and a protein with around 34 kDa. The search for homology in GenBank revealed sequence similarity with a hypothetical protein of representatives Halobacteriaceae family, who were recently shown as strains producing biosurfactants. The presence of the inserted coding sequence and the acquired phenotype was confirmed. Primers were designed and the ORF amplified by PCR. The ORF was subcloned into pETDuet-1 expression vector for subsequent purification of the protein of interest containing a histidine tail. The tests performed to confirm the biosurfactant activity and the ability of hydrocarbon degradation showed positive results. The immunodetection test (western blot) using the monoclonal AntiHis® confirmed the presence of the environmental protein. This study was the first to report a possible protein with biosurfactant activity obtained from a metagenomic approach

Otimização da produção biotecnológica de lipases e correlação com a produção de biossurfactantes

As lipases e os biossurfactantes são compostos produzidos por microrganismos através de fermentações em estado sólido (FES) ou sumberso (FSm), os quais são aplicáveis nas indústrias alimentícia e farmacêutica, na bioenergia e na biorremediação, entre outras. O objetivo geral deste trabalho foi otimizar a produção de lipases através de fermentação em estado sólido e fermentação submersa. Os fungos foram selecionados quanto à habilidade de produção de lipases através de FES e FSm e aqueles que apresentaram as maiores atividades lipolíticas foram utilizados na seleção de variáveis significativas e na otimização da produção de lipases nos dois modos de cultivo. Foram empregadas técnicas seqüenciais de planejamento experimental, incluindo planejamentos fracionários, completos e a metodologia de superfície de resposta para a otimização da produção de lipases. As variáveis estudadas na FES foram o pH, o tipo de farelo como fonte de carbono, a fonte de nitrogênio, o indutor, a concentração da fonte de nitrogênio, a concentração do indutor e a cepa do fungo. Na FSm, além das variáveis estudadas na FES, estudaram-se as variáveis concentração inicial de inóculo e agitação. As enzimas produzidas foram caracterizadas quanto à temperatura e pH ótimos e quanto à estabilidade a temperatura e pH. Nas condições otimizadas de produção de lipases, foi avaliada a correlação entre a produção de lipases e bioemulsificantes. Inicialmente foram isolados 28 fungos. Os fungos Aspergillus O- 4 e Aspergillus E-6 foram selecionados como bons produtores de lipases no processo de fermentação em estado sólido e os fungos Penicillium E-3, Trichoderma E-19 e Aspergillus O-8 como bons produtores de lipases através da fermentação submersa. As condições otimizadas para a produção de lipases através de fermentação em estado sólido foram obtidas utilizando-se o fungo Aspergillus O-4, farelo de soja, 2% de nitrato de sódio, 2% de azeite de oliva e pHs inferiores a 5, obtendo-se atividades lipolíticas máximas de 57 U. As condições otimizadas para a produção de lipases na fermentação submersa foram obtidas utilizando-se o fungo Aspergillus O-8, farelo de trigo, 4,5% de extrato de levedura, 2% de óleo de soja e pH 7,15. A máxima atividade obtida durante a etapa de otimização foi 6 U. As lipases obtidas por FES apresentaram atividades máximas a 35ºC e pH 6,0, enquanto que as obtidas por FSm apresentaram ótimos a 37ºC e pH 7,2. A estabilidade térmica das lipases produzidas via FSm foi superior a das lipases obtidas via FES, com atividades residuais de 72% e 26,8% após 1h de exposição a 90ºC e 60ºC, respectivamente. As lipases obtidas via FES foram mais estáveis em pH´s alcalinos, com atividades residuais superiores a 60% após 24 h de exposição, enquanto as lipases produzidas via FSm foram mais estáveis em pH´s ácidos, com 80% de atividade residual na faixa de pH entre 3,5 e 6,5. Na fermentação submersa a correlação entre a produção de lipases e a atividade emulsificante óleo em água (O/A) e água em óleo (A/O) dos extratos foi 95,4% e 86,8%, respectivamente, obtendo-se atividades emulsificantes máximas O/A e A/O de 2,95 UE e 42,7 UE. Embora a maior produção de lipases tenha sido obtida na fermentação em estado sólido, não houve produção concomitante de biossurfactantes. Os extratos da fermentação submersa apresentaram redução da tensão superficial de 50 mN m -1 para 28 mN m -1 e atividade antimicrobiana frente ao microrganismo S. aureus ATCC 25923, com potenciais antimicrobianos de 36 a 43% nos três primeiros dias de fermentação. A fermentação submersa foi a técnica que apresentou os melhores resultados de otimização da produção de lipases, bem como de produção simultânea de biossurfactantes.

Estudo comparativo de dois tipos de cultivo: monocultivo (camarões) versus cultivo integrado (algas/camarões)

The integrated culture of seaweed and aquatic animals is an ancient practice in Asian countries. The expansion of this practice to western countries is consequence of the recognition of this system as a sustainable alternative that allows economical diversification and mitigation of environmental impacts generated by effluents of aquaculture. This study evaluated the growth of the seaweed Gracilaria caudata and of the shrimp Litopenaeus vannamei in monoculture (shrimps) and integrated culture (shrimps and algae) systems, and accessed the effect of the seaweed in the water quality. There were two treatments in the experiment: monoculture (shrimps) and integrated culture (shrimps/ algae). The organisms were cultured in 6 aquaria (10L) filled with seawater (35.0±0.0 PSU and 28.1±0.4°C) for 28 days. The nutrients of water (PO43-, NH4+, NO2-, NO3- and DIN), the biomass and the relative growth rate (RGR, % day-1) of seaweed and shrimps were measured weekly. The parameters pH, temperature, salinity and dissolved oxygen were measured daily. The concentration of NH4+ in integrated culture (62.8±25.2µM) was lower (Mann-Whitney p<0.001) than in monoculture (85.6±24.3µM). The mean of PO4- in monoculture (10.4±4.6µM) was markedly higher (Mann-Whitney; p=0.024) than that in integrated culture (8.7±4.1µM). The level of dissolved oxygen in integrated culture (6.0±0.6mg/L) was higher (t-Student; P=0.014) than that in shrimp monoculture (5.8±0.6mg/L). The mean values of the parameters pH, NO2-, NO3- and DIN were 7.5±0.2, 10.1±12.2µM, 24.5±3.2µM and 120.17±30.76µM in monoculture, and 7.5±0.2, 10.5±13.2µM, 27.4±3.5µM and 100.76±49.59µM in integrated culture. There were not differences in these parameters between treatments. The biomass and RGR of seaweed reached 15.0±1.9g and 7.4±2.8% day-1 at the end of the experiment. The performance of shrimp was favorable in monoculture (1.5±0.8g; 5.7±1.6% dia-1) and in integrated culture (1.5±0.7g; 5.2±1.2% dia-1), and the rate of survival was 100% in both treatments. The tolerance and favorable performance of Gracilaria caudata suggest that this seaweed might be integrated into shrimp (Litopenaeus vannamei) culture systems

Bioremediation of phosphates in seawater: approach for recirculating marine aquaculture effluents

Marine Recirculating Aquaculture Systems (RAS) produce great volume of wastewater, which may be reutilized/recirculated or reutilized after undergoing different treatment/remediation methods, or partly discharged into neighbour water-bodies (DWW). Phosphates, in particular, are usually accumulated at high concentrations in DWW, both because its monitoring is not compulsory for fish production since it is not a limiting parameter, and also because there is no specific treatment so far developed to remove them, especially in what concerns saltwater effluents. As such, this work addresses two main scientific questions. One of them regards the understanding of the actual (bio)remediation methods applied to effluents produced in marine RAS, by identifying their advantages, drawbacks and gaps concerning their exploitation in saltwater effluents. The second one is the development of a new, innovative and efficient method for the treatment of saltwater effluents that potentially fulfil the gaps identified in the conventional treatments. Thereby, the aims of this thesis are: (i) to revise the conventional treatments targeting major contaminants in marine RAS effluents, with a particular focus on the bioremediation approaches already conducted for phosphates; (ii) to characterize and evaluate the potential of oyster-shell waste collected in Ria de Aveiro as a bioremediation agent of phosphates spiked into artificial saltwater, over different influencing factors (e.g., oyster-shell pre-treatment through calcination, particle size, adsorbent concentration). Despite the use of oyster-shells for phosphorous (P) removal has already been applied in freshwater, its biosorptive potential for P in saltwater was never evaluated, as far as I am aware. The results herein generated showed that NOS is mainly composed by carbonates, which are almost completely converted into lime (CaO) after calcination (COS). Such pre-treatment allowed obtaining a more reactive material for P removal, since higher removal percentages and adsorption capacity was observed for COS. Smaller particle size fractions for both NOS and COS samples also increased P removal. Kinetic models showed that NOS adsorption followed, simultaneously, Elovich and Intraparticle Difusion kinetic models, suggesting that P removal is both a diffusional and chemically rate-controlled process. The percentage of P removal by COS was not controlled by Intraparticle Diffusion and the Elovich model was the kinetic model that best fitted phosphate removal. This work demonstrated that waste oyster-shells, either NOS or COS, could be used as an effective biosorbent for P removal from seawater. Thereby, this biomaterial can sustain a cost-effective and eco-friendly bioremediation strategy with potential application in marine RAS.

Resposta de Chromobacterium Violaceum cultivada em alta concentração de ferro

The Chromobacterium violaceum is a β-proteobacterium Gram-negative widely found in tropical and subtropical regions, whose genome was sequenced in 2003 showing great metabolic versatility and biotechnological and pharmaceutical potential. Given the large number of ORFs related to iron metabolism described in the genome of C. violaceum, the importance of this metal for various biological processes and due to lack of data about the consequences of excess of iron in free-living organisms, it is important to study the response mechanism of this bacterium in a culture filled with iron. Previous work showed that C. violaceum is resistant to high concentrations of this metal, but has not yet been described the mechanism which is used to this survival. Thus, to elucidate the response of C. violaceum cultured in high concentrations of iron and expecting to obtain candidate genes for use in bioremediation processes, this study used a shotgun proteomics approach and systems biology to assess the response of C. violaceum grown in the presence and absence of 9 mM of iron. The analysis identified 531 proteins, being 71 exclusively expressed by the bacteria grown in the presence of the metal and 100 just in the control condition. The increase in expression of proteins related to the TCA cycle possibly represents a metabolic reprogramming of the bacteria caused by high concentration of iron in the medium. Moreover, we observed an increase in the activity assay of superoxide dismutase and catalase as well as in Total Antioxidant Activity assay, suggesting that the metal is inducing oxidative stress in C. violaceum that increases the levels of violacein and antioxidant enzymes to better adapt to the emerging conditions. Are also part of the adaptive response changes in expression of proteins related to transport, including iron, as well as an increased expression of proteins related to chemotaxis response, which would lead the bacteria to change the direction of its movement away from the metal. Systems Biology results, also suggest a metabolic reprogramming with mechanisms coordinated by bottleneck proteins involved in transcription (GreA), energy metabolism (Rpe and TpiA) and methylation (AhcY)

Avaliação da segurança de uso de pseudomonas como biorremediador em áreas degradadas de pastagens.

A integração agricultura pecuária consiste em uma alternativa promissora de produção, pelo aumento da eficiência de utilização de recursos naturais e a preservação do meio ambiente, além de cooperar com a segurança alimentar. Porém, para se obter sucesso em seu uso, a pastagem não deve estar em estádio avançado de degradação. Em áreas já degradadas, pode-se utilizar as Pseudomonas que são rizobactérias promotoras de crescimento. Neste trabalho, foram avaliados os efeitos decorrentes da exposição a P. putida em mamíferos e um invertebrado aquático como sistema teste para avaliação de risco da introdução desses agentes microbiológicos nessas áreas. Não foram encontrados sinais de patogenicidade e infectividade desses agentes microbianos utilizados como biorremediadores. Apesar disso, seria interessante a realização de testes adicionais a fim de garantir a inocuidade dos agentes bem como a sua segurança. Os protocolos empregados fornecem subsídios técnicos para gerenciar os possíveis riscos envolvidos na liberação e/ou uso do produto. Os resultados obtidos, além de sua aplicação na identificação de efeitos prejudiciais à saúde ambiental, poderão subsidiar e orientar avaliações P. putida por agências reguladoras, quanto ao seu uso comercial para fins de biorremediação.

Avaliação da biodegradabilidade de petróleo utilizando microrganismos isolados do estuário do Rio Potengi (RN)

The oil activity in the Rio Grande do Norte State (RN) is a permanent threat to coastal ecosystems, particularly mangroves, with the possibility of oil spills. In this context, the objective of this study was to evaluate the potential resistance of the mangrove environment of a possible spill. Were selected and isolated microorganisms degrading oil by the technique of enrichment cultures and formation of a bacterial consortium. The kinetic study of the consortium was held in rotary incubator shaken at 150 rpm and 30° C. Samples were taken at intervals of 4 hours for analysis of cell concentration and surface tension. The biodegradation was monitored using two methods of respirometry: manometric (OxiTop-C ®) and conductivimetry, where the biodegradation of oil was estimated indirectly by oxygen consumption and CO2 production, respectively. Furthermore, it was used a full 2² factorial design with triplicate at central point to the runs that used the conductivimetric methodology.. The technique of enrichment cultures allowed to obtain thirteen bacterial strains. Kinetic study of the consortium, we can showed the absence of the lag phase, reaching a maximum cell concentration of 2.55 g / L at 16 h of cultivation and a reduction on surface tension. When we adopted the methodology of OxiTop-C was detected a band indicating biodegradability (1% oil v/v), however when we used the conductivimetry methodology did not observe any band that would indicate effective biodegradation. By monitoring a process of biodegradation is necessary to observe the methodology will be adopted to evaluate the biodegradation process, since for the same conditions adopted different methodologies can produce different results. The oil-degrading isolates from soils of the mangrove estuary Potengi / RN are largely to be used in bioremediation strategies of these places, in the case of a possible oil spill, or it can be used in the treatment of waste oil generated in saline environments, since they are optimized the conditions of the tests so that the efficiency of biodegradation reach the minimum level suggested by the standarts