Biorremediação

Biorremediação1º semestre - 20121º semestre - 2012

Prof.ª Daniela Rodrigues de Melo

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Horário de aula

• Sexta-Feira.

– Primeiro período: 19h15 – 20h45

– Intervalo de 15 min

– Segundo período: 21h00 - 22h40.– Segundo período: 21h00 - 22h40.

• Geralmente, no segundo período serão dados exercícios correspondentes à Lista de Exercícios e, portanto, serão parte da avaliação.

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Objetivo Geral

• Desenvolver a capacidade do aluno no que dizrespeito ao conhecimento, diferenciação eaplicabilidade dos procedimentos deaplicabilidade dos procedimentos debiorremediação de acordo com o tipo de ambientee poluente em questão.

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Cronograma – Parte 1

Aula Data Conteúdo Metodologia

1 24/02 Biorremediação: conceito e histórico AE

2 02/03

Introdução à microbiologia: classificação e

metabolismo microbiano, estrutura e

desenvolvimento de comunidades microbianas

AE

desenvolvimento de comunidades microbianas

3 09/03 Poluentes / xenobióticos AE

4 16/03Biodegradabilidade de compostos orgânicos e rotas

de biodegradaçãoAE

5 23/03 Biorremediação de solos: Conceitos AE

6 30/03 Biorremediação de solos: Caracterização AE

7 06/04 Principais técnicas de biorremediação de solos AE

8 13/04 Biorremediação de águas: Conceitos AE

9 20/04 1ª Prova PR4

Cronograma – Parte 2Aula Data Conteúdo Metodologia

12 27/04Biorremediação de águas: Propriedades dos

ecossistemas aquáticosAE

12 04/05 Principais técnicas de biorremediação de águas AE

13 11/05 Biossorção e Lixiviação AE

14 18/05Metodologias de isolamento e caracterização de

espécies microbianas biodegradadorasAE14 18/05

espécies microbianas biodegradadorasAE

15 25/05Metodologias de acompanhamento de reações de

biodegradaçãoAE

16 01/06 Enzimologia aplicada à biorremediação AE

17 08/06 Feriado – Corpus Christi (recesso) -

18 15/06Biotecnologia aplicada à biorremediação:

Organismos geneticamente modificados (OGM)AE

19 22/06 2ª Prova PR

20 29/06 Exame PR5

Critério de Avaliação

• As avaliações P1 e P2 serão individuais.

• A média das Listas (ML) será computada paracálculo de M, de acordo com a médiaponderada:ponderada:

• Se o aluno atingir M maior ou igual a 7,0 epossuir 75% de presença, este estaráautomaticamente aprovado na disciplina.

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Critério de Avaliação

• Caso contrário, será necessária a realização do Exame (EX), e a Média Final (MF) da disciplina será dada por:

• Se MF for maior ou igual a 5,0, o aluno será aprovado.• Se MF for maior ou igual a 5,0, o aluno será aprovado.

• O aluno somente será aprovado na disciplina se atingirM ≥ 7,0 ou MF ≥ 5,0 E tiver 75% de presença nas aulas.

• Caso o aluno NÃO atinja a freqüência mínima de 75%,este será automaticamente reprovado na disciplina,independentemente da M ou MF obtida.

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Bibliografia Sugerida para Estudo

Bibliografia Básica• MELO, I.S. (Org.) ; AZEVEDO, J.L. (Org.) . Microbiologia

Ambiental. 2. ed. Jaguariúna: Embrapa, 2008. v. 1. 647 p.

• ALEXANDER,M.; Biodegradation and Bioremediation. Academic Press, London, 1991.Academic Press, London, 1991.

Bibliografia Complementar• MELO, I. S.; GHINI, R.; SOUZA SILVA, C.M.M.; FARIA VIEIRA,

R.F.; FAY, E.F.; ABAKERLI, R.B. Ecologia Microbiana. 2 ed. Embrapa, 647p, 2008.

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Introdução à Biorremediação

Conceito de Biorremediação

Exemplos de Aplicação

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Conceitos de Biorremediação

• Uso direto de microorganismos, como bactérias e fungos, para resolver problemas ambientais.

• Metabolismo como ferramenta para degradar poluentes ou substâncias perigosas (infectantes) em substâncias não tóxicas ou menos nocivas.

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Conceitos de Biorremediação

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Conceitos de Biorremediação

• Envolve:

– Engenharia

– Microbiologia– Microbiologia

– Bioquímica

– Biologia Molecular (Engenharia genética / OGM)

• Atuação:

– Solo, água e ar

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Vantagens

• Biorremediação detoxifica as substâncias nocivas ao invésde simpelesmente transferir os contaminantes de ummeio ambiente para outro.

• O processo de biorremediação compromete menos oambiente do que, por exemplo, processos baseados ematerramento.

• Os custos do tratamento de poluentes in situ utilizandoas tecnologias de biorremediação são menores emrelação aos métodos de tratamento convencionais como:aspiração, absorção e a incineração. sã13

Vantagens

• Aceitação pública positiva

• Pode ser realizado in situ• Pode ser realizado in situ

• Permite a eliminação permanente de degetos.

• Pode ser acoplada a outras técnicas detratamento.

sã14

Desafios da biorremediação

• Qualidade tecnológica

• Disponibilidade de mercado

• Investimento de capital

• Gerenciamento competente do processo• Gerenciamento competente do processo

• Conhecimento regulatório

• Gerenciamento do tempo

• Boa recepção pública

• Disseminação da informação

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Introdução à Microbiologia

Bactérias, Bolores e Leveduras

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Células Procariontes e Eucariontes

PROCARIONTE EUCARIONTE

As células são as unidades estruturais e funcionais de todos os organismos vivos. 17

Células Procariontes e Eucariontes

Característica Procariontes Eucariontes

Envoltório Nuclear Ausente Presente

� Em relação às diferenças na organização e estrutura de células procariontes e

eucariontes, a tabela abaixo apresenta as diferenças principais:

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Envoltório Nuclear Ausente Presente

Nucléolo Ausente Presente

Retículo Endoplasmático Ausente Presente

Complexo de Golgi Ausente Presente

Mitocôndrias Ausente Presente

Cloroplastos Ausente Presente em vegetais

Transporte de elétrons Membrana Mitocôndria

Reino Protista

Reino Protista

Procariontes EucariontesProcariontes

Bactérias Cianofíceas

Eucariontes

Fungos

Bolores Leveduras

Algas Protozoários

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Reino Protista

• Classificação do reino Protista– Organização biológica simples quando comparada às células

animais e vegetais.– Organismos unicelulares ou pluricelulares.

• No caso de organismos pluricelulares, as células não apresentam diferenciação entre si; diferentemente de animais e plantas.diferenciação entre si; diferentemente de animais e plantas.

• Agrupamentos no reino dos protistas sugerem diferenças

entre os microorganismos: requerimentos nutricionais,

crescimento, reprodução, taxa de liberação de produto.

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Bactérias

• Possuem células procarióticas. Apesar de serem unicelulares, em alguns casos podem formar colônias ou filamentos.

• Sendo assim, podem se apresentar basicamente de 3 formas:

– Espirilos: Corpo rígido e apresenta vários espirais

• Vibriões: quando o corpo é rígido e forma de vírgula.

– Cocos: ao se dividirem podem dar origem a agrupamentos característicos

– Bacilos: ao se dividirem permanecem em cadeias e são chamados de estreptobacilos. 21

Bactérias

• São células pequenas:

– Esféricas possuem um diâmetro de 0,5 – 4 µm

– Cilíndricas: comprimento raramente ultrapassa 19 µm.µm.

• A maioria utiliza energia química para sobreviver, são capazes de se movimentar e se reproduzem por divisão binária simples.

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COLORAÇÃO DE GRAMCOLORAÇÃO DE GRAM

Camada espessa de

peptideoglicanos

Camada fina de peptideoglicanos

Membrana externa

Classificação das Bactérias

• Gram-positivas e Gram negativas:

– Diferenças básicas relacionadas à estrutura da parede celular.

– Quanto a coloração das células de bactérias: – Quanto a coloração das células de bactérias: ausência de coloração violeta indica que a bactéria é gram-negativa

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COLORAÇÃO DE GRAMCOLORAÇÃO DE GRAM

Gram positivas e gram negativas

• O diagrama de cima mostra o resultado da coloração de gram em Staphylococcus

aureus e, na foto de baixo, bactérias Gram negativas da bactérias Gram negativas da espécie Pseudomonas

aeruginosa.

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Classificação das Bactérias

• Aeróbicas e anaeróbicas

– Bactérias aeróbicas: precisam de oxigênio para realizar suas atividades metabólicas;

– Bactérias anaeróbicas: adaptadas a obtenção de energia utilizando nitrato, sulfato ou CO2

• Importantes nos processos de BIORREMEDIAÇÃO!!

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Bactérias

• Possuem a capacidade de formar endosporos quando o ambiente encontra-se adverso ao seu desenvolvimento.– Resistentes ao calor, radiação, componentes químicos e

falta de nutrientesfalta de nutrientes• Algumas bactérias, cujas formas vegetativas são mortas a 45

°C, formam esporos que sobrevivem à ebulição por diversas horas.

• No processo de esterilização quente, os esporos demandam alta temperatura, o que exige uso de uma autoclave, onde a temperatura atinge valores superiores a 120 °C.

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Reino Protista

Reino Protista

Procariontes EucariontesProcariontes

Bactérias Cianofíceas

Eucariontes

Fungos

Bolores Leveduras

Algas Protozoários

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Fungos - Leveduras

• Estão dispersas na natureza e facilmente são encontradas no solo e em regiões de baixa umidade relativa.

• Não conseguem extrair energia da luz solar (uma vez que não possui clorofila).

• São microorganismos unicelulares pequenos (5 a 30 µm de comprimento e 1 a 5 µm de largura).

• Podem se reproduzir tanto de forma sexuada quanto assexuada, por brotamento ou fissão, que são as formas mais comuns das leveduras se reproduzirem.

• Importantes na biorremediação de óleos por possuírem características metabólicas lipolíticas.

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Leveduras – Reprodução Assexuada

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Fungos - Bolores

• Possuem uma estrutura vegetativa chamada micélio, composta por filamentos longos de células chamadas hifas.

• Não possuem clorofila e geralmente são fixos.• Não possuem clorofila e geralmente são fixos.

• A reprodução, que pode ser assexuada ou sexuada, geralmente é realizada por meio de esporos.

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Classes importantes na Biorremediação

– Aspergillus e Penicillium

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Actinomicetos

• Grupo peculiar com propriedades similares entre bactérias e fungos;

– Classificado como bactéria, possui semelhanças com fungos por produzir hifas.com fungos por produzir hifas.

• São utilizados na Indústria farmacêutica na produção de antibióticos;

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Aplicações na biorremediação• Biodegradação de polímeros sintéticos e plásticos

biodegradáveis

- Indústria produz 40 bilhões de quilos de plástico/ano.

- Dispostos em aterros(grande área) ou incinerados (gasestóxicos).

- Polímeros (polietileno, polistireno) são altamenterecalcitrantes e os microrganismos têm dificuldade dedegradá-los.

- Alternativas de plásticos biodegradáveis (biopolímeros)constituídos associados com amido obtido por síntesemicrobiana – poliidroxibutirato (PHB).

- Biopolímeros são degradados por fungos (Penicillium,

Aspergillus, Fusarium). 35

Aplicações na biorremediação

• Biodegradação do petróleo

- Petróleo principal fonte mundial de combustível.

- O petróleo é uma mistura complexa de hidrocarbonetos (H e C) –metano, aromático poli cíclico.

- Impacto ambiental: resíduos de refinaria de petróleo, contaminação dosolo em áreas adjacentes, vazamentos de oleodutos e de tanques,derramamentos acidentais – maré negra.

- A habilidade em degradar hidrocarbonetos não é restrita a apenasalguns gêneros de microrganismos.

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Aplicação na biorremediação

- Vários grupos de bactérias, fungos e actinomicetos tem

capacidade de degradar hidrocarbonetos.

- Sistema eficiente de absorção de hidrocarbonetos, com- Sistema eficiente de absorção de hidrocarbonetos, com

sítios especiais de ligação e/ou substâncias

emulsificantes para o transporte do hidrocarboneto ao

interior da célula

- Enzimas específicas - resposta positiva do organismo ao

petróleo e seus constituintes.

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• Acinetobacter

• Alcaligenes

• Bacillus

• Pseudomonas

Aplicações na biorremediação

• Pseudomonas

• Nocardia

• Flavobacterium

• Klebsiella etc.

• Culturas mistas possuem vantagens sobre as culturas

puras, pois a capacidade biodegradativa de uma

comunidade é maior quantitativamente e qualitativamente.38

Aplicações na biorremediação

• Biodegradação de compostos orgânicos por basidiomicetoslignocelulolíticos

- Subdivisão Basidiomycota: fungos amplamente distribuídos na natureza,principalmente sobre madeira em decomposição e resíduos vegetais.

- Brasil são conhecidas 2500 espécies de fungos basidiomicetos- Brasil são conhecidas 2500 espécies de fungos basidiomicetoslignocelulolíticos.

- Degradam componentes da madeira, celulose, hemicelulose e lignina,obtendo energia para seu crescimento e reprodução.

- Os basidiomicetos lignocelulolíticos são os únicos microrganismosconhecidos com capacidade de metabolizar completamente a molécula delignina a CO2 e H2O. Fungos causam a podridão branca damadeira.

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Aplicações na biorremediação

- Fungos são capazes de degradar vários compostosorgânicos: fenóis clorados (pentaclorofenol, triclorofenol,diclorofenol), inseticidas (DDT, lindane, dieldrin), anilinascloradas (3,4-dicloroanilina), dioxinas, hidrocarbonetospolicíclicos aromáticos (fluoreno, antraceno, pireno),policíclicos aromáticos (fluoreno, antraceno, pireno),corantes (cristal violeta, azul de bromofenol, azocorantes).

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