Plastic degrading microorganisms: towards microbial biorecycling factories

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Gomes, João Pedro Duarte
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1822/84700
Resumo: Dissertação de mestrado em Bioquímica Aplicada
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spelling Plastic degrading microorganisms: towards microbial biorecycling factoriesMicrorganismos degradadores de plástico: rumo a fábricas microbianas biorecicladorasBiodegradação microbianaBiorremediaçãoPlásticosPolietilenoBioremediationMicrobial biodegradationPlasticsPolyethyleneCiências Naturais::Outras Ciências NaturaisDissertação de mestrado em Bioquímica AplicadaOs polímeros de plástico são muito resistentes, têm baixa necessidade de manutenção e um baixo custo, o que os torna preferíveis a outros materiais tais como vidro, madeira e metais. Hoje em dia, os plásticos são essenciais e estão amplamente difundidos na sociedade moderna, tendo aplicações variadas que vão desde o embalamento, construção civil, indústria automóvel, eletrónica, habitação, desporto, agricultura, entre outros. O aumento da utilização e produção de plásticos nos últimos anos, aliado à sua elevada estabilidade e baixa biodegradabilidade, faz com que milhões de toneladas de plástico se acumulem anualmente, ameaçando tanto os ecossistemas como a saúde pública. Os resíduos de plástico são tratados principalmente por 3 métodos: aterro sanitário, incineração e reciclagem. No entanto, estes métodos têm custos enormes, são insustentáveis e têm várias consequências negativas, pelo que há uma necessidade urgente de novas tecnologias para a eliminação destes resíduos. Nos últimos anos, foi reportada a biodegradação de plásticos por microrganismos, o que poderá potenciar o desenvolvimento destas novas tecnologias. Os microrganismos conseguem converter os polímeros de plástico em compostos assimiláveis, fornecendo assim um ponto de partida para a economia global circular destes materiais. Neste trabalho, quatro microrganismos distintos, leveduras e bactérias, foram avaliados pelo seu potencial de biodegradação do polietileno (PE). Este polímero foi selecionado, dada a sua reduzida biodegradabilidade e enorme impacto poluente. O processo de rastreio envolveu a utilização de vários meios seletivos/diferenciais, para a determinação da capacidade de utilização de fontes de carbono específicas. O crescimento nestes meios será indicativo da produção de enzimas extracelulares envolvidas na biodegradação do PE e.g. oxidase, protease, lacase, cutinase, lipase e esterase. Apenas a Yarrowia lipolytica e Pseudomonas aeruginosa apresentaram crescimento nestes meios, não tendo sido detetado em Debaryomyces hansenii e Alcanivorax borkumensis. A capacidade de biodegradação de PE pela Y. lipolytica e P. aeruginosa foi avaliada durante 90 dias em meio líquido suplementado com o filme, tendo sido consideradosvários parâmetros: crescimento microbiano, formação de biofilme, perfil proteico extracelular; enquanto os filmes de PE foram caracterizados por ATR-FTIR, SEM e perda de peso. Os resultados indicam a capacidade dos microrganismos para se fixarem à superfície do plástico, formando biofilmes e produzindo enzimas com atividade catalítica do PE. Além disso, as análises por ATR-FTIR e SEM revelaram alterações significativas nos filmes após o período de incubação. Este trabalho evidenciou o potencial da P. aeruginosa e Y. lipolytica na biodegradação de plásticos recalcitrantes como o PE.Plastic polymers are very resistant and have low maintenance and cost, which makes them preferable to other materials such as glass, wood and metals. Nowadays, plastics are essential and ubiquitous in modern society, having varied applications, ranging from packaging, construction, automobiles, electronics, household, sports, agriculture, among others. The increased use and production of plastics in recent years, combined with their high stability and low biodegradability, causes millions of tons of plastic to accumulate annually, threatening ecosystems and public health, while posing a real and growing environmental problem. The plastic waste produced is mainly eliminated by 3 different methods: landfill, incineration, and recycling. These plastic waste treatment methods have enormous costs, are unsustainable and have several negative consequences. Thus, there is an urgent need for new technologies for the disposal of plastic waste. In recent years, there have been several reports on the biodegradation of plastics by microorganisms which could promote the development of these new technologies. Microorganims can convert plastic polymers into assimilable compounds, providing a starting point for a global circular economy of plastics. In this work, four different microorganisms, yeasts and bacteria, were evaluated for their potential to biodegrade polyethylene (PE), which was selected for its very low biodegradability, and huge impact as pollutant. To do this, a screening process involving the use of several different selective/diferential media was performed to assess the potential of the microorganisms to use specific carbon sources, indicative of the ability to produce extracellular enzymes, e.g. oxidase, proteases, laccase, cutinases, lipases and esterases, involved in polyethylene biodegradation. While Debaryomyces hansenii and Alcanivorax borkumensis were unable to utilize the substrates, Yarrowia lipolytica and Pseudomonas aeruginosa used them as carbon and energy source. The potential plastic biodegradation capacity of Y. lipolytica and P. aeruginosa was then evaluated for 90 days in liquid media supplemented with PE film. During this period, several parameters were investigated namely, microbial growth, biofilm formation and extracellular protein profile, whereas the PE films were characterized by ATR-FTIR, SEM and weight loss. Results indicate the ability of the microorganisms to attach and adhere to the surface of the plastic materials, forming biofilms and producing enzymes with PE catalytic activity. Moreover, ATR-FTIR and SEM analyses revealed significant changes in the PE films after the incubation period. Thus, this work demonstrates the potential of using P. aeruginosa and Y. lipolytica for the biodegradation of recalcitrant plastics such as PE.Projeto ECOBiB (ref. POCI-01-0247-FEDER-033997) cofinanciado pelo Programa Operacional Competitividade e Internacionalização (POCI), através do Portugal2020 e do Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER) Projeto River2OCean (ref. NORTE-01-0145-FEDER-000068) cofinanciado pelo NORTE2020 através do Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER).Machado, RaulSoares-Silva, Isabel JoãoUniversidade do MinhoGomes, João Pedro Duarte2023-01-042023-01-04T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/1822/84700eng203266722info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2024-01-27T01:19:33Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/84700Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T19:21:29.466425Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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