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dc.contributor.advisor1Vera Lúcia dos Santospt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2094571540679771pt_BR
dc.contributor.referee1Miriam Cristina Santos Amaralpt_BR
dc.contributor.referee2Marcelo de Paula Ávilapt_BR
dc.contributor.referee3Mariana de Paula Reis Guimarãespt_BR
dc.contributor.referee4Aline Bruna Martins Vazpt_BR
dc.creatorAline Daniela Lopes Júliopt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/9829324507442478pt_BR
dc.date.accessioned2024-09-02T14:52:15Z-
dc.date.available2024-09-02T14:52:15Z-
dc.date.issued2019-02-26-
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/1843/75872-
dc.description.abstractCreosote oil is a thick oily liquid formed from coal tar and has been widely used as the main preservative of wood structures in the industry for many decades. Due to the indiscriminate use, it was responsible for contaminations of surface soils and groundwater. These contaminated areas are a priority for remediation, because this contaminant consists of toxic, genotoxic and carcinogenic compounds such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), heterocyclic polycyclic aromatic hydrocarbons (hetero-PAHs), phenolic compounds and benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes (BTEXs). Among the treatment options for contaminated areas, bioremediation is considered to be an ecologically more sustainable and cost-effective choice. The success of the use of bioremediation is dependent on factors that bioestimulate contaminant degradation by the local microbiota or bioaumentation with inoculants that have mechanisms of tolerance to contaminants and high catabolic potentials. Molecular techniques have been shown to be powerful tools to know the structure of bacterial communities in these contaminated environments, guiding the implementation of bioremediation projects. The objective of this work was to study the bacterial community profile of aquifer liquid fraction and sediment samples contaminated with different creosote concentrations, to quantify the population of bacteria and archaea present in them and to evaluate bacteria isolated from the sediments for degradation of creosote to formulate a consortium composed of the isolates with greater catabolic potential, besides delineating the factors and conditions necessary to optimize the contaminant degradation in microcosmos with samples of the area. For the study, 8 samples of the aquifer liquid fraction and 5 sediment samples were collected in an area where an old old sleeper’s treatment and maintenance station (STS) of the Vitória/Minas railway it worked, located in the municipality of João Neiva/ES. The bacterial community profile of the aquifer liquid fraction samples was analyzed by Polymerase Chain Reaction-Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (PCR - DGGE) and by the construction of 16S rRNA amplicon libraries and sequencing on the IlluminaMiseq platform (metataxonomic analyzes). In both, the profiles of the community were different between the samples and influenced by the presence of the contaminants, being possible to observe a deeper differentiation between the profiles of the samples without contamination and two of the samples with higher concentrations of the contaminants. From the metataxonomic analyzes it was also observed the negative correlation between the alpha diversity of the samples and the concentration of the contaminants and the enrichment of some taxa in the samples with high levels of contamination were also observed, especially the families Porphyromonadaceae, Gemmataceae and Comamonadaceae, and the genera Treponema, Geobacter, Bdellovibrio, Hydrocarboniphaga, Anaerolinea, Paulidibacter, Comamonas and Desulfomonille. The quantification of bacteria and archaea in these samples by Quantitative Real-Time PCR (qPCR) showed that the bacteria are numerically dominant in relation to archaea, and that two samples with high levels of contamination have a density significantly lower than the others. The profiles of the sediment samples were also different according to the PCR-DGGE technique and it was possible to observe the influence of the metadata in the grouping of them, with the separation of the structure of the 2 samples with the highest levels of contamination in relation to the others. Through the metataxonomic analyzes, it was also possible to observe the negative influence of the contaminants in relation to the richness and diversity of bacteria, as well as alteration of the profile of the bacterial community due to the enrichment of specific taxa in the sample with high contamination. Among these enriched taxa stands out representatives of the Gammaproteobacteria class, of the Acidobacteria phylum, mainly the families Koribacteraceae, Thermodesulfovibrionaceae, and the genus Candidatus Koribacter. The use of the PICRUSt tool allowed to predict the vii presence of enzymes and pathways related directly or indirectly to the degradation of hydrocarbons, as well as enzymes related to pathways that favor the survival of these microorganisms under field conditions. The quantification by qPCR showed that there was no statistical variation in bacterial cell density between the sediment samples and the presence of archaea was not detected. A total of 51 bacteria, most isolated from the sediment samples, were identified and evaluated for creosote degradation in MMM supplemented with this compound at 0.25% (v/v). In general, all isolates were able to degrade to some extent at least 1 creosote constituent and 27 isolates were able to degrade to some extent the 12 compounds present at the highest concentration in the creosote under study. The best degradation results were obtained for the isolates Comamonas terrigena (3FM6; 3FM8, 3FM9), Springobacterium sp. (1FM2; 5FM2), Bacillus sp. (2FM2, LAPM39), Pseudomonas sp. 3C10M3, Acinetobacter junii LAPM30, Pseudomonas plecoglossicida 3FM5, Bacillus subtilis LAPER93, Stenotrophomonas maltophila LAPER 27 and Enterobacter sp. 4FM2. These best isolates were evaluated for contaminant removal in sediment samples from the study area and contaminated with 1% creosote (v/v). Through this step it was determined that the consortium would be composed of S. maltophilla LAPER27, C. terrigena 3FM8, Springobacterium sp. 5FM2, Pseudomonas sp. 3C10M3, Bacillus sp. (2FM2, LAPM39), B. subtilis LAPER93 and Enterobacter sp. 4FM2. After this selection, 300 g of the creosote contaminated sediments samples 0.25% (v/v) were biostimulated under different conditions of aeration, nutrients and presence of the autochthonous microbiota, bioaumentation or not with the consortium and natural attenuation in microcosm assays for a period of 60 days. Through the statistical analyzes it was possible to confirm that the addition of the consortium and the presence of autochthonous microorganisms in the sample (non-sterilization) positively and significantly affected creosote degradation. However, the only significant interaction was between the factors sterilization + consortium + aeration, so although the aeration alone did not significantly influence the bioremediation, it was significant in the presence of these other two factors. The best treatments, predominantly those in which they had these conditions, promoted the highest average values of contaminant degradation, above 90%. The results obtained demonstrate that the study area is a candidate for remediation based on microorganisms by biostimulation, since it presents bacteria with high catabolic potential both in the liquid fraction of aquifer and in the sediment of the lagoon. However, the significance and increase in the mean creosote degradation in all the treatments in which there was a bioaumentation with the consortium developed, including those where the autochthonous microorganisms was present, suggests that the inoculant is able to optimize even more the bioremediation process. Thus, we suggest the use of these conditions for in situ bioremediation of the creosote-contaminated STS area.pt_BR
dc.description.resumoO óleo de creosoto é um líquido oleoso espesso formado a partir do alcatrão de hulla e foi amplamente utilizado como o principal preservante de estruturas de madeira na indústria ao longo de muitas décadas. Devido ao uso indiscriminado, ele foi responsável por contaminações de solos superficiais e águas subterrâneas. Essas áreas contaminadas com creosoto são prioritárias a remediação, porque esse contaminante é constituído por compostos tóxicos, genotóxicos e cancerígenos, como os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs), hidrocarbonetos policíclicos aromáticos heterocíclicos (hetero-HPAs), compostos fenólicos e benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos (BTEXs). Dentre as opções de tratamento de áreas contaminadas, a biorremediação é considerada uma escolha ecologicamente mais sustentável e com melhor custo-benefício. O sucesso do uso da biorremediação é dependente de fatores que bioestimulem a degradação do contaminante pela microbiota local ou da bioaumentação com inoculantes que possuam mecanismos de tolerância aos contaminantes e altos potenciais catabólicos. As técnicas moleculares vêm se mostrando poderosas ferramentas para conhecer a estrutura das comunidades bacterianas nesses ambientes contaminados, orientando a implementação dos projetos de biorremediação. O objetivo desse trabalho foi estudar o perfil da comunidade bacteriana de amostras de fração líquida de aqüífero e sedimentos contaminados com diferentes concentrações de creosoto, quantificar a população de bactérias e arqueas presentes nas mesmas e avaliar bactérias isoladas a partir dos sedimentos quanto à degradação de creosoto para formular um consórcio composto pelos isolados com maior potencial catabólico, além de delinear os fatores e condições necessárias para otimizar a degradação do contaminante em microcosmos com amostras da área. Para o estudo, foram coletadas 8 amostras da fração líquida do aquífero e 5 amostras de sedimentos em uma área na qual funcionava uma antiga estação de tratamento e manutenção de dormentes (ETD) da ferrovia Vitória/Minas, localizada no município de João Neiva/ES. O perfil da comunidade de bactérias das amostras da fração líquida do aquífero foi analisado por Reação em Cadeia de polimerase-Eletroforese em gel com Gradiente Desnaturante (PCRDGGE) e por meio da construção de bibliotecas de amplicons de rRNA 16S e seqüenciamento na plataforma IlluminaMiseq (metataxonômica). Em ambas, os perfis da comunidade se mostraram distintos entre as amostras e influenciados pela presença dos contaminantes, sendo possível observar uma diferenciação mais profunda entre o perfil das amostras sem contaminação e duas das amostras com concentrações mais altas dos contaminantes. A partir das análises metataxonômicas foi observado também a correlação negativa entre a alfa diversidade das amostras e a concentração dos contaminantes e o enriquecimento de alguns táxons nas amostras com altos níveis de contaminação, com destaque para as famílias Porphyromonadaceae, Gemmataceae e Comamonadaceae e os gêneros Treponema, Geobacter, Bdellovibrio, Hydrocarboniphaga, Anaerolinea, Paulidibacter, Comamonas e Desulfomonille. A quantificação das bactérias e arqueas nessas amostras, por PCR quantitativo em tempo real (qPCR), mostrou que as bactérias são numericamente dominantes em relação às arqueas e que duas amostras com altos níveis de contaminação possuem uma densidade significativamente menor que as demais. Os perfis das amostras de sedimentos também foram distintos de acordo com a técnica de PCR-DGGE e foi possível observar a influência dos metadados no agrupamento delas, com a separação da estrutura das 2 amostras com os maiores níveis de contaminação em relação à demais. Por meio das análises metataxonômicas também foi possível observar a influência negativa dos contaminantes em relação à riqueza e diversidade de bactérias, assim como alteração do perfil da comunidade bacteriana devido ao enriquecimento de táxons específicos na amostra com alta contaminação. Dentre esses táxons enriquecidos destaca-se representantes da classe Gammaproteobacteria, do filo Acidobacteria, principalmente as famílias Koribacteraceae, Thermodesulfovibrionaceae, e o gênero Candidatus Koribacter. O uso da ferramenta PICRUSt permitiu predizer a presença de genes e vias relacionados direta ou indiretamente à degradação de hidrocarbonetos, além de genes relacionados a vias que favorecem a sobrevivência desses microrganismos em condições de campo. A quantificação por qPCR demonstrou que não houve variação estatística na densidade de células bacterianas entre as amostras de sedimentos e não foi detectada a presença de arqueas. Um total de 51 bactérias, a maioria isolada a partir das amostras de sedimentos, foram identificadas e avaliadas quanto à degradação do creosoto em MMM suplementado com esse composto a 0,25% (v/v). De modo geral, todos os isolados foram capazes de degradar em alguma extensão pelo menos 1 constituinte do creosoto e 27 foram capazes de degradar em alguma extensão os 12 compostos presentes em maior concentração no creosoto em estudo. Os melhores resultados de degradação foram obtidos para os isolados Comamonas terrigena (3FM6, 3FM8, 3FM9), Springobacterium sp. (1FM2, 5FM2), Bacillus sp. (2FM2, LAPM39), Pseudomonas sp. 3C10M3, Acinetobacter junii LAPM30, Pseudomonas plecoglossicida 3FM5, Bacillus subtilis LAPER93, Stenotrophomonas maltophilla LAPER27 e Enterobacter sp. 4FM2. Esses melhores isolados foram avaliados quanto à remoção do contaminante em amostras de sedimento provenientes da área de estudo e contaminados com 1% de creosoto (v/v). Através dessa etapa determinou-se que o consórcio seria composto por S. maltophilla LAPER27, C. terrigena 3FM8, Springobacterium sp. 5FM2, Pseudomonas sp. 3C10M3, Bacillus sp. (2FM2, LAPM39), B. subtilis LAPER93 e Enterobacter sp. 4FM2. Após essa seleção, procedeu-se a remediação de amostras de 300 g dos sedimentos contaminados com 0,25% (v/v) de creosoto em condições de bioestimulação, com variação dos fatores aeração, nutrientes e presença da microbiota autóctone, bioaumentação ou não com o consórcio e atenuação natural em ensaios de microcosmo por um período de 60 dias. Através das análises estatísticas foi possível confirmar que a adição do consórcio e a presença de microrganismos autóctones na amostra (não esterilização) afetaram de forma positiva e significativa a degradação de creosoto. Entretanto, a única interação significativa foi entre os fatores esterilização + consórcio + aeração, ou seja, apesar de individualmente a aeração não influenciar significativamente a biorremediação ela se mostrou significativa na presença desses outros dois fatores. Os melhores tratamentos, predominantemente aqueles nos quais haviam essas condições, promoveram os maiores valores médios de degradação do contaminante, acima de 90%. Os resultados obtidos demonstram que a área em estudo é candidata a remediação baseada em microrganismos por meio de bioestimulação, uma vez que apresenta bactérias com alto potencial catabólico tanto na fração líquida de aquífero quanto no sedimento da lagoa. Porém destaca-se a significância e o aumento na degradação média de creosoto em todos os tratamentos nos quais houve a bioaumentação com o consórcio desenvolvido, inclusive naqueles onde havia a presença dos microrganismos autóctones, o que sugere que o inoculante é capaz de otimizar ainda mais o processo de biorremediação. Assim, sugerimos o uso dessas condições para a biorremediação in situ da área da ETD contaminada com creosoto.pt_BR
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológicopt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Geraispt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentICB - DEPARTAMENTO DE MICROBIOLOGIApt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Microbiologiapt_BR
dc.publisher.initialsUFMGpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/*
dc.subjectcreosotopt_BR
dc.subjectbiodegradaçãopt_BR
dc.subjectconsórcio microbianopt_BR
dc.subjectmetataxonômicapt_BR
dc.subject.otherMicrobiologiapt_BR
dc.subject.otherCreosotopt_BR
dc.subject.otherHidrocarbonetos Policíclicos Aromáticospt_BR
dc.subject.otherBiodegradação Ambientalpt_BR
dc.subject.otherConsórcios Microbianopt_BR
dc.titleProspecção e diversidade taxonômica e funcional de comunidades microbianas associadas a ambientes contaminados com creosoto visando a formulação de consórcio bacteriano degradador desse compostopt_BR
dc.typeTesept_BR
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