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Caracterização das comunidades bacterianas do ciclo do enxofre e seleção de isolados bacterianos potencialmente efetivos no controle de H2S em estações de tratamento de efluentes

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Caracterização das comunidades bacterianas do ciclo do enxofre e seleção de isolados bacterianos potencialmente efetivos no controle de H2S em estações de tratamento de efluentes

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Título Caracterização das comunidades bacterianas do ciclo do enxofre e seleção de isolados bacterianos potencialmente efetivos no controle de H2S em estações de tratamento de efluentes
Outro título Characterization of the bacterial communities of the sulfur cycle and selection of potentially effective bacterial isolates to control h2s in wastewater treatment plants
Autor Meyer, Daniel Derrossi
Orientador Brandelli, Adriano
Co-orientador Corção, Gertrudes
Data 2017
Nível Doutorado
Instituição Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Instituto de Ciências Básicas da Saúde. Programa de Pós-Graduação em Microbiologia Agrícola e do Ambiente.
Assunto Enxofre
Sulfeto de hidrogênio
Tratamento de efluentes
Resumo Um dos problemas em Estações de Tratamento de Efluentes (ETEs) é a emissão de sulfeto de hidrogênio (H2S), podendo causar danos à saúde de populações humanas e aos ecossistemas. Para controlar a produção desse gás gerado por Bactérias Redutoras de Sulfato (BRS), Bactérias Oxidadoras de Enxofre (BOE) podem ser utilizadas na conversão de H2S em sulfato. A tese foi dividida em dois estudos: no estudo 1, foi realizado um teste piloto para definir a melhor metodologia para detecção de sulfato em caldo inorgânico. A detecção de sulfato foi realizada a partir de espectrofotometria, por EAA e cromatografia iônica, utilizando a linhagem Paracoccus pantotrophus ATCC 35512 como padrão de referência, sendo incubada em caldo inorgânico suplementado com tiossulfato de sódio (Na2S2O3.5H2O), sulfeto de sódio (Na2S) e sulfito de sódio (Na2SO3), separadamente. O método cromatográfico foi o mais sensível para detectar sulfato, e o caldo inorgânico contendo tiossulfato de sódio foi o único que apresentou resultados diferentes em relação ao controle negativo. Tais resultados foram utilizados como padrão de referência para avaliar a produção de sulfato produzido por isolados bacterianos selecionados de diferentes ETEs. Assim, por processo de enriquecimento a partir de 8 meios seletivos, foram prospectados 37 isolados bacterianos de 5 ETEs. Posteriormente, foi feita a triagem a partir de curvas de crescimento, selecionando 12 isolados. Estes, por sua vez, foram submetidos a um novo processo de seleção (atividade respirométrica e detecção de sulfato), com o objetivo de eleger um consórcio bacteriano para ser testado em um efluente com problemas de emissão de H2S. Os 12 isolados foram identificados por sequenciamento parcial do gene 16 S do RNA ribossômico e, por comparações com as sequências obtidas pelo NCBI, a maioria se aproximou do gênero Pseudomonas (9/12). No entanto, na última etapa de seleção, não foi observada produção biológica de sulfato pelos isolados selecionados, não sendo possível obter um consórcio bacteriano potencialmente competente para controle das emissões de H2S em ETEs. Por outro lado, no estudo 2 desta tese, avaliou-se a distribuição (composição, estrutura e abundância) das principais famílias de BRS e BOE a partir de 6 pontos amostrais de 5 ETEs pela metodologia de sequenciamento de alto desempenho, utilizando a porção V6 do 16S do RNA ribossômico como marcador. Táxons específicos de BRS e BOE foram correlacionados com alguns fatores abióticos: origem do efluente (doméstico/industrial), o teor de oxigênio, o tipo de amostra (lodo ativado, biorreator anaeróbico ou lagoa de estabilização) e os atributos físico-químicos. Quando as 22 famílias de BRS e BOE foram agrupadas, as amostras apresentaram uma distribuição marcante, demonstrando padrões de agrupamento de acordo com o tipo de amostra. Para BOE, as famílias mais abundantes foram Spirochaetaceae, Chromatiaceae, Helicobacteriaceae, Rhodospirillaceae e Neisseriaceae, enquanto que, para SRB, foram Syntrophaceae, Desulfobacteraceae, Nitrospiraceae e Desulfovibriaceae. A estrutura e a composição das principais famílias relacionadas ao ciclo do enxofre também foram influenciadas por seis atributos químicos (enxofre, potássio, zinco, manganês, fósforo e nitrogênio). O enxofre foi o que mais influenciou a variação das comunidades bacterianas nas ETEs analisadas (λ = 0,14, p = 0,008). As OTU afiliadas a Syntrophus mostraram a maior resposta ao aumento do enxofre total. Todas essas descobertas podem contribuir para melhorar a compreensão em relação às comunidades de BRS e BOE, com a finalidade de buscar estratégias para melhor controlar as emissões de H2S em ETEs.
Abstract One of the problems in Wastewater Treatment Plants (WWTPs) is the increased emissions of hydrogen sulphide (H2S), which can cause harm to the health of human populations and ecosystems. To control the production of this gas generated by Sulphate Reducing Bacteria (SRB), it is possible to use Sulfur Oxidizing Bacteria (SOB) to convert H2S to sulfate. The thesis was divided in two studies: in study 1, a pilot test was conducted to define the best methodology for the detection of sulfate in inorganic broth. Sulphate detection was performed using spectrophotometry, EAA and ion chromatography, using the Paracoccus pantotrophus strain ATCC 35512 as reference standard, and incubated in inorganic broth supplemented with sodium thiosulfate (Na2S2O3.5H2O), sodium sulfate (Na2S) and sodium sulfite (Na2SO3), separately. The chromatographic method was the most sensitive to detect sulphate and the inorganic broth containing sodium thiosulphate was the only one that presented different results in relation to the negative control. These results were used as reference standard to evaluate the production of sulfate produced by bacterial isolates selected from different WWTPs. Thus, by enrichment process from 8 selective media, 37 bacterial isolates from 5 WWTPs were prospected. Subsequently, there were screening processes from growth curves, selecting 12 isolates. These, in turn, underwent a new selection process (respirometric activity and sulfate detection), with the objective of electing a bacterial consortium to be tested in an effluent with H2S emission problems. The 12 isolates were identified by partial sequencing of the 16S rRNA gene and, by comparisons with the sequences obtained by the NCBI, the majority approached the genus Pseudomonas (9/12). However, in the last stage of selection, the biological production of sulfate was not verified for the selected isolates, and it was not possible to obtain a bacterial consortium potentially competent to control H2S emissions in WWTPs. On the other hand, in study 2 of this thesis, the distribution (composition, structure and abundance) of the main SRB and SOB families was evaluated from 5 WWTPs samples based on the high performance sequencing, using the V6 portion of the 16S rRNA as marker. SRB and SOB specific taxa were correlated with some abiotic factors: effluent origin (domestic/industrial), oxygen content, type of sample (activated sludge, anaerobic bioreactor or stabilization pond) and physical-chemical attributes. When the 22 SRB and SOB families were grouped, the samples presented a striking distribution, demonstrating grouping patterns according to the type of sample. For SOB, the most abundant families were Spirochaetaceae, Chromatiaceae, Helicobacteriaceae, Rhodospirillaceae and Neisseriaceae, whereas, for SRB, they were Syntrophaceae, Desulfobacteraceae, Nitrospiraceae and Desulfovibriaceae. The structure and composition of the main families related to the sulfur cycle were also influenced by six chemical attributes (sulfur, potassium, zinc, manganese, phosphorus and nitrogen). Sulfur was the one that most influenced the variation of the bacterial communities in the WTTPs analyzed (λ = 0.14, p = 0.008). The OTUs affiliated to Syntrophus showed the greatest response to the increase in total sulfur. All of these findings may contribute to better understanding of the SRB and SOB communities in order to seek strategies to better control H2S emissions in WTTPs.
Tipo Tese
URI http://hdl.handle.net/10183/159511
Arquivos Descrição Formato
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