Algas: da economia nos ambientes aquáticos à bioremediação e à química analítica

Algae constitute a large group of many different organisms, essentially aquatic and able to live in all systems giving them sufficient light and humidity. Some algae species have been used in the evaluation or in the bioremediation of aquatic systems. More recently algae have been suggested as interesting tools in the field of analytical chemistry. In this work the most important aspects related to the different uses of algae are presented with a brief discussion.

Biodegradação de fenol por uma nova linhagem de A spergillus sp. isolada de um solo contaminado do sul do Brasil

The main goal of this work was to study the biodegradation of phenol in batch mode by a filamentous fungus isolated from a contaminated site in Southern Brazil. A better performance was obtained by previous adaptation of the microorganism to the toxic chemical. A 2³ experimental design was proposed and it could be observed total phenol degradation in 72 h using 500 mg L-1 glucose, inoculum of 20% and agitation of 200 rpm, resulting a biodegradation rate of 3.76 mg L-1 h-1. In relation to phenol tolerance, Aspergillus sp. LEBM2 was able to consume up to 989 ± 15 mg L-1.

Biodegradação de alcoóis, ftalatos e adipatos em um solo tropical contaminado

The adipic and phthalic acid esters are plasticizers, have low water solubility, high partition octanol/water coefficients (Kow) and accumulate in soil and sediments. These compounds are considered teratogenic, carcinogenic and endocrine disruptors chemicals. This study evaluated the bioremediation of tropical soil contaminated with plasticizers process wastes, in aerobic conditions, with and without introduction of acclimated bacteria. It was selected 200 kg of contaminated tropical soil for the biodegradation study. The plasticizers concentrations in soil ranged between 153 mgDOA/kg up to 15552 mgDIDP/kg and after 90 days of biodegradation, the lower removal efficiencies were 72% with a 1-2 log simultaneous bacterial growth.

Removal of high-molecular weight polycyclic aromatic hydrocarbons

Alternatives for the removal of high-molecular weight polycyclic aromatic hydrocarbons (HWM-PAH) from soil were tested by adding fertilizer or glycerol, as well as the combination of both. Experiments were carried out for 60 days in reactors containing a HWM-PAH-contaminated soil (8030 μg kg-1), accompanied by pH monitoring, humidity control and quantification of total heterotrophic bacteria and total fungus. Fertilizer addition removed 41.6% of HWM-PAH. Fertilizer and glycerol in combination removed 46.2%. When glycerol was added individually, degradation reached 50.4%. Glycerol also promoted the increase of degradation rate during the first 30 days suggesting the HMW-PAH removal occurred through cometabolic pathways.

Isolamento e seleção de micro-organismos resistentes e capazes de volatilizar mercúrio

Mercury (Hg) occurs in the environment as a natural and anthropogenic element, and through the years the accumulation of mercury has affected the integrity of ecosystems and human health. This study presents a screening of microorganisms resistant to organic and inorganic mercury, the determination of the minimum inhibitory concentration of Hg, the estimation of the mercury volatilization by selected microorganisms and the dynamics of volatilization. Eight Gram-negative bacteria resistant to high concentrations of mercury (60 to 210 mg L-1) were selected, and these isolates showed ability to volatilize the metal. The dynamics of the volatilization of the Proteus mirabilis M50C demonstrated that in only 4 h of incubation it was possible to volatilize 72% of the mercury present in the culture. The results showed promising application for bioremediation strategies.

Estudos de biodegradação de óleo diesel por consórcio microbiano coletado em Porto Velho - RO, amazônia

The goal of this research was to evaluate the biodegradation of diesel by a microbial consortium collected in a region close to distributors of fuel. The experiments were monitored by SPME-GC-FID and SPME-GC-MS. The consortium showed a high potential for production of biosurfactants, presenting an emulsification index of 53%. The consortium degraded completely n-alkanes, while dimethylnaphtalene, hepthyl-cyclohexane and 2,6,10-trimethyl-undecane were partially degraded and pristane was not degraded. From this consortium five strains were isolated and identified as Acinetobacter baumannii. Based on this initial investigation this consortium appears to be effective for bioremediation in Porto Velho - RO region.

Potential of macrophytes for removing atrazine from aqueous solution

The potential of three macrophytes, Azolla caroliniana, Salvinia minima, and Lemna gibba was assessed in this study to select plants for use in environmental remediation contaminated with atrazine. Experiments were carried out in a greenhouse over six days in pots containing Hoagland 0.25 strength nutritive solution at the following atrazine concentrations: 0; 0.01; 0.1; 1.0; 10.0 mg L-1. Decrease in biomass accumulation was observed in the three macrophytes, as well as toxic effects evidenced by the symptomatology developed by the plants which caused their deaths. The chlorosis and necrosis allowed to observe in the plants the high sensitivity of the three species to the herbicide. Plants presented low potential for removal of atrazine in solution when exposed to low concentrations of the herbicide. However, at the 10.0 mg L-1 atrazine concentration, L. gibba and A. caroliniana showed potential to remove the herbicide from the solution (0.016 and 0.018 mg atrazine per fresh mass gram, respectively). This fact likely resulted from the processes of atrazine adsorption by the dead material. The percentage of atrazine removed from the solution by the plants decreased when the plants were exposed to high concentrations of the pollutant. Azolla caroliniana, S. minima, and L. gibba were not effective in removing the herbicide from solution. The use of these species to remedy aquatic environments was shown to be limited.

Encapsulation de Dehalococcoides: avantage pour la déhalogénation des solvants chlorés en sites contaminés

Le tétrachloroéthène (PCE) et les éthènes chlorés qui lui sont apparentés ont été abondamment utilisés pour plusieurs applications en industrie dès le début du 20e siècle. Ils sont cependant comptés parmi les polluants les plus communs des sols et de l’eau et beaucoup d’efforts sont déployés afin de les éliminer. Nous croyons que la conversion des éthènes chlorés en éthènes par des microorganismes est une solution prometteuse. Le premier aspect du projet visait donc à établir les conditions pour lesquelles un consortium enrichi en Dehalococcoides ethenogenes permettrait la conversion complète de PCE en éthène. Les expériences réalisées nous ont permis de souligner le rôle de l’acide lactique ajouté aux cultures comme source de carbone et source indirecte d’électrons pour la déhalorespiration. Nous avons également pu établir l’effet de la concentration initiale de biomasse dans les cultures sur le profil de déhalogénation du PCE. Le deuxième aspect du projet visait à développer un protocole d’encapsulation du consortium dans une matrice polymérique afin de profiter des nombreux avantages potentiels de l’encapsulation. Nous avons testé trois montages d’encapsulation différents : atomisation avec jet d’air, atomisation avec vibrations ultrasoniques et « drop-wise ». Le dernier montage prévoyait l’encapsulation des cultures dans des billes d’alginate enrobées de chitosane gélifié par du lignosulfonate. C’est le seul montage qui nous a permis d’encapsuler le consortium de façon efficace sans effet significatifs négatifs sur son activité de déchlorination. Aussi, la comparaison des profils de déhalogénation du PCE de cellules encapsulées et cellules libres a montré une plus faible accumulation de TCE, 1,2-DCE et VC dans les échantillons de cellules encapsulée et, par conséquent, une conversion plus rapide et plus complète du PCE en éthène. Finalement, nous avons observé une tendance favorable à l’idée que les microorganismes encapsulés bénéficient d’un effet de protection contre de faibles concentrations d’oxygène.

Analyse de l'effet de la contamination du sol sur la croissance et la physiologie de 11 cultivars de Salix

Mon mémoire de maîtrise a été réalisé dans le cadre du projet Génorem (www.genorem.ca), un projet multidisciplinaire qui réunit différents chercheurs de l'Université de Montréal et de l'Université McGill dans le but d'améliorer les techniques utilisées en bioremédiation. Dans le cadre de l'étude, des saules à croissance rapide (Salix sp.) ont été utilisés comme plantes modèles dans l'étude. Ainsi, 11 cultivars de saule ont été suivis afin de déterminer leur potentiel à produire un bon rendement de biomasse, à tolérer des conditions de stress sévère causé par la présence de HAPs (hydrocarbures aromatiques polycycliques) , BPCs (biphényles polychlorés) et d'hydrocarbures pétroliers C10-C50. L'expérimentation consistait en une plantation de saule à forte densité qui a été mise en place en 2011 sur le site d'une ancienne industrie de pétrochimie à Varennes, dans le sud du Québec. Les boutures des génotypes sélectionnés ont été plantées sur une superficie d'environ 5000 m2. Les plantes ont été suivies pendant les deux saisons de croissance suivant le recépage et une série de paramètres de croissance et de mesures physiologiques ont été récoltés (surface foliaire, taux de chlorophylle, conductance stomatique et statut nutritionnel) dans le but d'évaluer et de comparer les performances de chaque génotype sur un sol pollué. Les analyses statistiques ont démontré que le cultivar S. miyabeana (SX61) était le meilleur producteur de biomasse sur le site contaminé, tandis que S. nigra (S05) et S. acutifolia (S54) présentaient la meilleure capacité photosynthétique. S. dasyclados (SV1), S. purpurea (‘Fish Creek’) et S. caprea (S365) ont semblé particulièrement affectés par la présence de contaminants. La capacité d'établissement et la croissance de S. nigra (S05), S. eriocephala (S25) and S. purpurea x S. miyabeana (‘Millbrook’) indiquent une tolérance globale supérieure à la pollution . Cette analyse comparative des différentes réponses physiologiques des saules cultivés sur un sol contaminé pourra guider le processus de sélection de plantes et les techniques de bioremédiation dans les futurs projets de phytoremédiation.

Characterization of microalgae native to Quebec for biofuel production.

La production de biodiésel par des microalgues est intéressante à plusieurs niveaux. Dans le premier chapitre, un éventail de pour et contres concernant l’utilisation de microalgues pour la production de biocarburant sont ici révisés. La culture d’algues peut s'effectuer en utilisant des terres non-arables, de l’eau non-potable et des nutriments de base. De plus, la biomasse produite par les algues est considérablement plus importante que celle de plantes vasculaires. Plusieurs espèces on le contenu lipidique en forme de triacylglycérols (TAGs), qui peut correspondre jusqu'à 30% - 40% du poids sec de la biomasse. Ces proportions sont considérablement plus élevées que celui des huiles contenues dans les graines actuellement utilisées pour le biodiésel de première génération. Par contre, une production pratique et peu couteuse de biocarburant par des microalgues requiert de surpasser plusieurs obstacles. Ceci inclut le développement de systèmes de culture efficace à faible coût, de techniques de récupération requérant peu d’énergie, et de méthodes d’extraction et de conversion de l’huile non-dommageables pour l’environnement et peu couteuses. Le deuxième chapitre explore l'une des questions importantes soulevées dans le premier chapitre: la sélection d'une souche pour la culture. Une collection de souches de microalgues d'eau douce indigène au Québec a été établi et examiné au niveau de la diversité physiologique. Cette collection est composée de cent souches, que apparaissaient très hétérogènes en terme de croissance lorsque mises en culture à 10±2 °C ou 22±2 °C sur un effluent secondaire d’une usine municipale de traitement des eaux usées (EU), défini comme milieu Bold's Basal Medium (BBM). Des diagrammes de dispersion ont été utilisés pour étudier la diversité physiologique au sein de la collection, montrant plusieurs résultats intéressants. Il y avait une dispersion appréciable dans les taux de croissance selon les différents types de milieux et indépendamment de la température. De manière intéressante, en considérant que tous les isolats avaient initialement été enrichis sur milieu BBM, la distribution était plutôt symétrique autour de la ligne d’iso-croissance, suggérant que l’enrichissement sur BBM n’a pas semblé biaiser la croissance des souches sur ce milieu par rapport aux EU. Également, considérant que les isolats avaient d’abord été enrichis à 22°C, il est assez surprenant que la distribution de taux de croissance spécifiques soit aussi symétrique autour de la ligne d’iso-croissance, avec grossièrement des nombres égaux d’isolats de part et d’autre. Ainsi, l’enrichissement à 22°C ne semble pas biaiser les cellules vers une croissance à cette température plutôt que vers 10°C. Les diagrammes de dispersion obtenus lorsque le pourcentage en lipides de cultures sur BBM ont été comparées à des cultures ayant poussé sur EU soit à 10°C ou 22°C rendent évident que la production de lipides est favorisée par la culture sur EU aux deux températures, et que la production lipidique ne semble pas particulièrement plus favorisée par l’une ou l’autre de ces températures. Lorsque la collection a été examinée pour y déceler des différences avec le site d’échantillonnage, une analyse statistique a montré grossièrement que le même degré de diversité physiologique était retrouvé dans les échantillons des deux différents sites. Le troisième chapitre a poursuivi l'évaluation de la culture d'algues au Québec. L’utilisation de déchets industriels riches en nutriments minéraux et en sources de carbone pour augmenter la biomasse finale en microalgues et le produit lipidique à faible coût est une stratégie importante pour rendre viable la technologie des biocarburants par les algues. Par l’utilisation de souches de la collection de microalgues de l’Université de Montréal, ce rapport montre pour la première fois que des souches de microalgues peuvent pousser en présence de xylose, la source de carbone majoritairement retrouvée dans les eaux usées provenant des usines de pâte et papier, avec une hausse du taux de croissance de 2,8 fois par rapport à la croissance photoautotrophe, atteignant jusqu’à µ=1,1/jour. En présence de glycérol, les taux de croissance atteignaient des valeurs aussi élevées que µ=1,52/jour. La production lipidique augmentait jusqu’à 370% en présence de glycérol et 180% avec le xylose pour la souche LB1H10, démontrant que cette souche est appropriée pour le développement ultérieur de biocarburants en culture mixotrophe. L'ajout de xylose en cultures d'algues a montré certains effets inattendus. Le quatrième chapitre de ce travail a porté à comprendre ces effets sur la croissance des microalgues et la production de lipides. Quatre souches sauvages indigènes ont été obersvées quotidiennement, avant et après l’ajout de xylose, par cytométrie en flux. Avec quelques souches de Chlorella, l’ajout de xylose induisait une hausse rapide de l’accumulation de lipide (jusqu’à 3,3 fois) pendant les premières six à douze heures. Aux temps subséquents, les cellules montraient une diminution du contenu en chlorophylle, de leur taille et de leur nombre. Par contre, l’unique membre de la famille des Scenedesmaceae avait la capacité de profiter de la présence de cette source de carbone sous culture mixotrophe ou hétérotrophe sans effet négatif apparent. Ces résultats suggèrent que le xylose puisse être utilisé avant la récolte afin de stimuler l’augmentation du contenu lipidique de la culture d’algues, soit en système de culture continu ou à deux étapes, permettant la biorestauration des eaux usées provenant de l’industrie des pâtes et papiers. Le cinquième chapitre aborde une autre déché industriel important: le dioxyde de carbone et les gaz à effet de serre. Plus de la moitié du dioxyde de carbone qui est émis dans l'atmosphère chaque jour est dégagé par un processus stationnaire, soit pour la production d’électricité ou pour la fabrication industrielle. La libération de CO2 par ces sources pourrait être atténuée grâce à la biorestauration avec microalgues, une matière première putative pour les biocarburants. Néanmoins, toutes les cheminées dégagent un gaz différent, et la sélection des souches d'algues est vitale. Ainsi, ce travail propose l'utilisation d’un état de site particulier pour la bioprospection de souches d'algues pour être utilisé dans le processus de biorestauration. Les résultats montrent que l'utilisation d'un processus d'enrichissement simple lors de l'étape d'isolement peut sélectionner des souches qui étaient en moyenne 43,2% mieux performantes dans la production de biomasse que les souches isolées par des méthodes traditionnelles. Les souches isolées dans ce travail étaient capables d'assimiler le dioxyde de carbone à un taux supérieur à la moyenne, comparées à des résultats récents de la littérature.

Proposition méthodologique : évaluation développement durable des stratégies de décontamination.

Il est maintenant commun de soumettre les projets à une analyse de durabilité avant qu’ils ne soient autorisés, et ce, malgré la diversité de sens que peut prendre ce type d’analyse. Cette démarche, grandement inspirée de l’évaluation d’impact, a pour principal objectif d’évaluer ex ante les enjeux sociaux, écologiques et économiques des projets au travers du prisme du développement durable. À cet effet, les principes comme l’efficacité économique, la prévention des dommages, l’acceptabilité sociale et l’équité intergénérationnelle, peuvent servir de guide après leur préalable traduction en indicateurs opérationnels. L’objectif de la recherche est de trouver comment le développement durable peut s’intégrer dans le processus décisionnel menant aux choix des stratégies de décontamination des sols et de proposer une démarche propre à l’évaluation de tels projets. La méthode développée devra permettre plus spécifiquement d’intégrer systématiquement les principes du développement durable dans le processus décisionnel; d’orienter les parties prenantes dans une démarche commune; de minimiser les effets négatifs sur l’environnement et les populations touchées et réduire les risques économiques; et finalement, d’adopter une vision holistique des projets.

Production and Characterization of Lignin Peroxidases from Mangrove Ascomycetes

In this thesis, the production and characterization of ligninolytic enzymes using the fungi isolated from mangrove area are studied. The objective of the present work are isolation and screening of dye decolorizing micro-organisms from mangrove area, screening of the selected microorganisms for the production of lignin degrading enzymes, identification of the potent micro-organisms, characterization of the crude enzyme, lignin peroxidase, of the selected fungi—Aspergillus sp. SIP 11 and Penicillium sp. SIP 10 etc. This included the determination of the optimum pH, temperature, veratryl alcohol and H2O2 concentration. Besides the stability of crude LiP at different pHs and temperatures were studied. The immense applications, particularly in bioremediation, to which the lignin degrading micro-organisms could be used make this study important, the ascomycetes and deuteromycetes fungi, especially form the marine environment were studied with respect to their ligninolytic enzyme system making this study an initial step in unraveling the vast hidden potential of these microbes in bioremediation, the marine microbes are halophilic in nature which make them better suited to cope with the high salinity of industrial effluents thereby giving them added advantage in the filed of bioremediation. The thesis deals with the isolation and screening of lignin degrading enzyme-producing microbes from mangrove area. The identification of the most potent fungal isolates and characterization of LiP from these are also done.

Lipase production by marine fungus Aspergillus Awamori Nagazawa

The present study indicate the scope for the utilization of the marine fungus Aspergillus awamori Nagazawa BTMFW 032 for extracellular lipase production employing submerged fermentation. To the best of our knowledge this is the first report on lipase production by a marine fungus employing statistical modeling towards industrial production. The characterization of purified lipase produced by A. awamori showed stability in organic solvents, oxidizing agent and reducing agents, I,3-regiospecificity and hydrolytic activity. These properties make this lipase an ideal candidate for biocatalysis in organic media for the production of novel compounds such as biodiesel and sugar fatty esters. 91.4 % reduction in oil and grease content in ayurvedic oil by the treatment of A. awamori lipase indicates that there is a scope for this enzyme in the treatment of oil effluents and bioremediation. There is ample scope for further research on the biochemistry of the enzyme, structure elucidation and enzyme engineering towards a wide range of further applications, besides enriching scientific knowledge on marine enzymes.

Mangrove plant Ceriops tagal as a potential source of anti White Spot Syndrome Virus preparations for Penaeus monodon

White spot syndrome virus (WSSV) is the deadliest virus among crustaceans ever discovered having several unique and novel features. Recent developments in genomics and proteomics could elucidate the molecular process involved in the WSSV infection and the host pathogen interaction to some extent. Until now no fool proof treatment or prophylactic measure has been made available to control WSSV out breaks in culture system. Even though there are technologies like application of immunostimulants, vaccines, RNAi and several antiviral natural products none of them has been taken to the level of clinical trials. However, there are several management options such as application of bioremediation technologies to maintain the required environmental quality, maintenance of zero water exchange systems coupled with application of probiotics and vaccines which on adoption shall pave way for successful crops amidst the rapid spread of the virus. In this context the present work was undertaken to develop a drug from mangrove plants for protecting shrimp from WSSV.Mangroves belong to those ecosystems that are presently under the threat of destruction, diversion and blatant attack in the name of so called ‘developmental activities’. Mangrove plants have unique ecological features as it serves as an ecotone between marine and terrestrial ecosystem and hence possess diversity of metabolites with diverse activities. This prompted them being used as remedial measures for several ailments for ages. Among the mangrove plants Ceriops tagal, belonging to the family Rhizophororaceae was in attention for many years for isolating new metabolites such as triterpenes, phenolic compounds, etc. Even though there were attempts to study various plant extracts to develop anti-viral preparations their activity against WSSV was not investigated as yet.