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Título: Caracterização de consórcio e isolados bacterianos associados a biorremediação do manganês.
Autor(es): Barboza, Natália Rocha
Orientador(es): Leão, Versiane Albis
Palavras-chave: Biorremediação
Manganês
Bactérias
Data do documento: 2015
Referência: BARBOZA, Natália Rocha. Caracterização de consórcio e isolados bacterianos associados a biorremediação do manganês. 2015. 124 f. Tese (Doutorado em Ciências Biológicas) - Núcleo de Pesquisas em Ciências Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2015.
Resumo: O manganês é um contaminante comum em águas residuárias e drenagens produzidas por várias atividades mineradoras. A remoção deste metal é notoriamente difícil, devido à elevada estabilidade do íon Mn(II) em soluções aquosas. Uma alternativa para remoção do íon Mn(II) destes efluentes é a utilização de micro-organismos. Assim, a hipótese desse trabalho foi que espécies bacterianas presentes em água residuárias com elevada concentração de Mn(II) são capazes promoverem a elevação do pH do meio de cultura e, por sua vez, catalisar a oxidação do íon Mn(II) pelo oxigênio. Além disso, também foi objetivo determinar a participação ou não de enzimas pertencentes à família multicobre oxidase (MCO), como observado em alguns estudos. Dessa forma, nós investigamos o potencial de oxidação indireta do Mn(II) por um consórcio e por isolados bacterianos obtidos a partir de duas amostras de água de minas denominadas: (i) CL e (ii) BIA. O consórcio bacteriano, enriquecido a partir da água CL, utilizando-se meio K, foi capaz de remover 99,7% do Mn(II) do meio de cultura. A análise filogenética dos isolados obtidos a partir do consórcio CL demonstrou a predominância de membros dos gêneros Stenotrophomonas, Bacillus e Lysinibacillus. Foram observadas remoções de Mn(II) entre 58,5% e 82,7%, em sete dias de experimento para os isolados selecionados. Além disso, dois isolados bacterianos foram obtidos durante o isolamento de fungos a partir da amostra de água CL. Ambos foram identificados como Serratia marcescens através de abordagens moleculares e bioquímicas. A remoção do Mn(II) obtida por esses isolados foi 55% em sete dias de experimento, a partir de uma solução contendo 45 mg L-1 do íon Mn(II). Posteriormente, quatro cepas foram isoladas da amostra de água BIA e identificados como Klebsiella oxytoca. Dentre eles, o isolado SA8 foi testado quanto à sua capacidade para remover o íon Mn(II) a partir do meio de cultura, obtendo-se 82,7% de remoção. A oxidação catalítica de Mn(II) mediada por enzimas MOC e o envolvimento de proteínas extracelulares não foram detectados para todos os isolados estudados nesta tese. Experimentos realizados em condições aeróbicas demonstraram que a oxidação do Mn(II) não foi relacionada a presença de bactérias, uma vez que o reagente azul Leucoberbelin I revelou a presença de manganês oxidado em ambas as condições bióticas e abióticas, desde que o pH estivesse acima de 8,0. No entanto, em todas os experimentos bióticos, foi detectado um aumento significativo no pH do meio de cultura, o que não ocorreu nos frascos de controle, sugerindo um mecanismo indireto. Análises das células microbianas por microscopia eletrônica não indicaram a presença de manganês no interior das células, mas demonstraram depósitos de manganês em estruturas em torno dos isolados 13P, CL11 e CL35. Em resumo, esta tese identificou novas espécies (Stenotrophomonas, Lysinibacillus, Serratia e Klebsiella) com a capacidade de oxidar o íon Mn(II) através de um mecanismo sem a participação de MCO em que tanto o metabolismo quanto o crescimento bacteriano resultaram no aumento do pH da solução, catalisando a remoção do íon Mn(II) por um mecanismo químico. ____________________________________________________________________________
ABSTRACT: Manganese is a contaminant in wastewaters and drainages produced in several mining operations. The removal of this metal is notoriously difficult because of the high stability of the Mn(II) ion in aqueous solutions. An alternative for Mn(II) removal from effluents is the use of microorganisms. Thus, the hypothesis of this thesis was that bacterial species present in wastewaters with high Mn(II) concentrations are able to increase the pH of the culture medium and, in turn catalyze Mn(II) oxidation by oxygen. Another objective was to determine whether the bacterial manganese oxidation mechanism involved the participation of enzymes belonging to the multicopper oxidase family (MCO), as was observed in some studies. We investigated the potential for indirect Mn(II) oxidation by a consortium and bacterial isolates obtained from two mine water samples named: (i) CL and (ii) BIA. The bacterial consortium enriched from the CL water, using K medium was able to remove 99.7% of the Mn(II) from a solution containing 45 mg.L-1. A phylogenetic analysis of the isolates from the consortium CL demonstrated the predominance of members of the Stenotrophomonas, Bacillus and Lysinibacillus genera. Mn(II) removal between 58.5% and 82.7% were observed in a seven-day-long experiment with selected isolates. In addition, two bacterial isolates were found during fungal isolation from the water sample CL. Both were identified as Serratia marcescens by a phylogenetic analysis and biochemical tests. Both isolates promoted 55% of Mn(II) removal in a seven-day-long experiment, from a solution containing 45 mg.L-1 of Mn(II). Subsequently, four strains were isolated from the water sample BIA and identified as Klebsiella oxytoca. Among them, the isolated SA8 was tested for its ability to remove the Mn(II) ion from the culture medium and the outcome was 82.7% removal. The catalytic oxidation of Mn(II) mediated by MCO and the involvement of extracellular proteins were not detected for all isolates studied in the current thesis. In the aerobic conditions of the experiments, Mn(II) oxidation was not bacterially related because the Leucoberbelin blue I reagent revealed oxidized manganese in both abiotic and biotic conditions provided the pH was above 8.0. However, in all of the biotic experiments, a significant increase in the pH of the culture medium was detected, which did not occur in the control flasks, hence suggesting an indirect mechanism. The observation of microbial cells in electron microscopy did not indicate the presence of manganese inside the cells but showed manganese deposits in the structures around isolates 13P, CL11 and CL35. Summarizing, this thesis identified new species (Stenotrophomonas, Lysinibacillus, Serratia and Klebsiella) with the ability to oxidize the Mn(II) ion by a non-MCO-driven mechanism in which either bacterial growth or cell metabolism resulted in the increase of solution pH, which catalyzed Mn(II) removal by a chemical mechanism.
Descrição: Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas. Núcleo de Pesquisas em Ciências Biológicas, Pró-Reitoria de Pesquisa de Pós Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/6080
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