Caracterização taxonômica e funcional da comunidade microbiana envolvida no processo de atenuação natural de solos contaminados com querosene : Taxonomic and functional characterization of the microbial community involved in the process of natural attenuation of jet fuel-contaminated soil

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Hidalgo Martinez, Kelly Johanna, 1985-
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1639768
Resumo: Orientador: Valéria Maia Merzel
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Embora este processo seja intrínseco de comunidades microbianas de solos e aquíferos, as taxas e eficiências dependem de múltiplos fatores, entre eles a abundância de microrganismos e sua diversidade funcional para degradar estes contaminantes. Este estudo teve como objetivo caracterizar a diversidade microbiana taxonômica e funcional em diferentes profundidades de solos e em microcosmos in situ (BACTRAP®s) enriquecidos com hidrocarbonetos aromáticos (benzeno, tolueno e naftaleno) de uma pluma de contaminação com querosene de aviação em uma refinaria localizada no município de Paulínia-SP. As comunidades microbianas das amostras foram caracterizadas usando sequenciamento em larga escala do gene RNA ribossomal (rRNA) 16S e do metagenoma total usando a plataforma Illumina. Os resultados indicaram que as comunidades microbianas das amostras de solos são dominadas pelos filos Proteobacteria, Actinobacteria e Firmicutes (~98%), e pelas famílias Sphingomonadaceae, Propionibacteriaceae e Enterobacteriaceae. Por outro lado, nos BACTRAP®s enriquecidos com benzeno e tolueno membros dos filos Firmicutes e Proteobacteria compõem cerca de 90% do total da comunidade, com Peptococcaceae e Geobacteraceae como as principais famílias. No BACTRAP® enriquecido com naftaleno, membros da família SR-FBR-L83 (ordem Ignavibacteriales ¿ filo Bacteroidetes) somaram quase 80% da comunidade bacteriana. A anotação funcional dos metagenomas dos solos mostrou que apenas a amostra L62, localizada no limite da pluma e com a concentração de BTEX mais baixa, tem potencial metabólico para degradar hidrocarbonetos aerobicamente via fenol e catecol. Por outro lado, os BACTRAP®s permitiram enriquecer bactérias degradadores de hidrocarbonetos assim como genes e vias metabólicas envolvidas na degradação anaeróbica de hidrocarbonetos aromáticos. Especificamente, foi sugerida a adição de fumarato como o principal mecanismo de ativação da degradação anaeróbica de tolueno. Também se evidenciou potencial para metilação, hidroxilação e carboxilação como mecanismos de ativação na conversão anaeróbica de benzeno. Os microcosmos mostraram potencial metabólico para oxidar hidrocarbonetos aromáticos acoplado à respiração anaeróbica, usando nitrato, óxidos férricos e sulfato com aceptores de elétrons. Com o processo de binning, foi possível reconstruir 10 genomas e os resultados sugerem dois deles (Pelotomaculum propionicicum e Geobacter sp. OR-1) como os atores principais no processo de degradação da pluma de contaminação. Foi proposto que a microbiota da pluma de contaminação da água subterrânea tem potencial metabólico para degradar benzeno e tolueno em um processo sintrófico entre membros das famílias Geobacteraceae e Pelotomaculum, acoplado à redução de nitrato, ferro e/ou sulfatoAbstract: Natural attenuation represents all process that govern contaminant mass removal in the environment, including microbial-mediated degradation. Although this process is intrinsic to the soil and aquifer microbial community, its rate and efficiency depend on multiple factors, including the abundance of microorganisms and their functional diversity for degrading these pollutants. This study aimed to characterize the microbial taxonomic and functional diversity in different depths of soils and in situ microcosms (BACTRAP®s) amended with aromatic hydrocarbons (Benzene, Toluene and Naphthalene) from a jet-fuel plume of an oil refinery located in Paulínia-SP. Microbial communities were characterized using 16S rRNA gene amplicon and metagenome "shotgun" Illumina high throughput sequencing. Results indicated that Proteobacteria, Actinobacteria and Firmicutes were the most dominant phyla (~98%), with Sphingomonadaceae, Propionibacteriaceae and Enterobacteriaceae as the predominant families in contaminated soils. Meanwhile, in benzene and toluene BACTRAP®s the phyla Firmicutes and Proteobacteria accounted for about 90% of total community members, with Peptococcaceae and Geobacteraceae as the main families. In the naphthalene BACTRAP®, members of the SR-FBR-L83 family (Order Ignavibacteriales, phylum Bacteroidetes) accounted for almost 80% of bacterial community. Functional annotation of soil metagenomes showed that only soil sample L62, located in the plume border and with the lowest BTEX concentration, has metabolic potential to degrade hydrocarbons aerobically via phenol and catechol pathways. On the other hand, the BACTRAP®s allowed the enrichment of bacteria known to be hydrocarbon degraders as well as the genes and metabolic pathways involved in anaerobic aromatic degradation. Specifically, fumarate addition is suggested as the main mechanism for hydrocarbon activation in toluene anaerobic degradation. Also, evidences of methylation, hydroxylation and carboxylation as activation mechanisms for the benzene anaerobic conversion were found. Microcosm samples showed metabolic potential to oxidize aromatic hydrocarbons coupled to anaerobic respiration using nitrate, ferric oxides and sulfate. The binning approach allowed to reconstruct ten genomes and two of them (Pelotomaculum propionicicum e Geobacter sp.) are suggested as the main actors in the degradation process at the contaminated plume. We propose that the microbiota in this BTEX plume groundwater has metabolic potential to degrade benzene and toluene by a syntrophic process between members of the families Geobacteraceae and Pelotomaculum, coupled to nitrate, iron and/or sulfate reductionMestradoGenética de MicroorganismosMestra em Genética e Biologia MolecularCAPES1734530FAPESP2017/16611-0[s.n.]Oliveira, Valeria Maia de, 1966-Carazzolle, Marcelo FalsarellaNakayama, Cristina RossiUniversidade Estadual de Campinas. Instituto de BiologiaPrograma de Pós-Graduação em Genética e Biologia MolecularUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASHidalgo Martinez, Kelly Johanna, 1985-20192019-08-02T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online ( 140 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1639768HIDALGO MARTINEZ, Kelly Johanna. Caracterização taxonômica e funcional da comunidade microbiana envolvida no processo de atenuação natural de solos contaminados com querosene : Taxonomic and functional characterization of the microbial community involved in the process of natural attenuation of jet fuel-contaminated soil . 2019. 1 recurso online ( 140 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1639768. 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