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Biorremediação 1º semestre - 2012 Prof.ª Daniela Rodrigues de Melo 1

Biorremediação

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Page 1: 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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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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