Biorremediação
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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
![Page 14: Biorremediação](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081420/557202f84979599169a45da8/html5/thumbnails/14.jpg)
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
![Page 18: Biorremediação](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081420/557202f84979599169a45da8/html5/thumbnails/18.jpg)
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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![Page 20: Biorremediação](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081420/557202f84979599169a45da8/html5/thumbnails/20.jpg)
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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![Page 21: Biorremediação](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081420/557202f84979599169a45da8/html5/thumbnails/21.jpg)
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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![Page 25: Biorremediação](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081420/557202f84979599169a45da8/html5/thumbnails/25.jpg)
COLORAÇÃO DE GRAMCOLORAÇÃO DE GRAM
![Page 26: Biorremediação](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081420/557202f84979599169a45da8/html5/thumbnails/26.jpg)
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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![Page 27: Biorremediação](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081420/557202f84979599169a45da8/html5/thumbnails/27.jpg)
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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![Page 28: Biorremediação](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081420/557202f84979599169a45da8/html5/thumbnails/28.jpg)
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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![Page 29: Biorremediação](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081420/557202f84979599169a45da8/html5/thumbnails/29.jpg)
Reino Protista
Reino Protista
Procariontes EucariontesProcariontes
Bactérias Cianofíceas
Eucariontes
Fungos
Bolores Leveduras
Algas Protozoários
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![Page 30: Biorremediação](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081420/557202f84979599169a45da8/html5/thumbnails/30.jpg)
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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![Page 32: Biorremediação](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081420/557202f84979599169a45da8/html5/thumbnails/32.jpg)
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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![Page 33: Biorremediação](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081420/557202f84979599169a45da8/html5/thumbnails/33.jpg)
Classes importantes na Biorremediação
– Aspergillus e Penicillium
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![Page 34: Biorremediação](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081420/557202f84979599169a45da8/html5/thumbnails/34.jpg)
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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![Page 35: Biorremediação](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081420/557202f84979599169a45da8/html5/thumbnails/35.jpg)
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
![Page 36: Biorremediação](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081420/557202f84979599169a45da8/html5/thumbnails/36.jpg)
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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![Page 37: Biorremediação](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081420/557202f84979599169a45da8/html5/thumbnails/37.jpg)
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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![Page 38: Biorremediação](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081420/557202f84979599169a45da8/html5/thumbnails/38.jpg)
• 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
![Page 39: Biorremediação](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081420/557202f84979599169a45da8/html5/thumbnails/39.jpg)
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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![Page 40: Biorremediação](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081420/557202f84979599169a45da8/html5/thumbnails/40.jpg)
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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