Efeito da bioestimulação e bioaumentação na biorremediação de petróleo em mesocosmos de sedimento marinho

Abstract

Em 2019, ocorreu um dos maiores desastres ambientais do Brasil, com o derramamento estimado entre 5 e 12,5 milhões de litros de petróleo, que atingiu 11 estados da costa brasileira, causando impactos nos ecossistemas marinhos e à saúde humana. Diante disso, busca-se aprimorar técnicas capazes de mitigar esses danos. A biorremediação consiste na utilização do metabolismo microbiano para biodegradação desses compostos nocivos e vem sendo amplamente difundida. Neste contexto, o presente estudo teve como objetivo principal avançar no conhecimento acerca da biodegradação de petróleo em sedimentos marinhos em escala de mesocosmos. Sendo assim, o experimento foi conduzido com o objetivo de comparar o tratamento de bioestimulação associado à bioaumentação (BA+BE) com a atenuação natural (AN). Os ensaios foram realizados em aquários de vidro de 20 L, contendo 15 kg de sedimentos marinhos artificialmente contaminados com 1% de petróleo bruto, ambos em triplicata e mantidos por 90 dias à temperatura ambiente. O tratamento BA+BE consistiu na inoculação de um consórcio de microrganismos de origem marinha, associado à suplementação nutricional (nitrogênio e fósforo), enquanto o tratamento de AN foi mantido sem intervenções. Ao longo do período experimental, o processo de biorremediação foi monitorado nos tempos 0, 15, 45 e 90 dias, por meio de análises de degradação de alcanos e hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs), fitotoxicidade, atividade de desidrogenases, contagem de microrganismos degradadores (NMP) e caracterização da comunidade microbiana por metabarcoding. O consórcio microbiano composto por Acinetobacter beijerinckii 28, Microbacterium oleivorans M9, Sphingobium xenophagum 41, Alcanivorax sp. 85C e Paramarasmius palmivorus CRM 593, juntamente com a adição de nutrientes, demonstraram alta eficiência na degradação de hidrocarbonetos. A maior atividade das desidrogenases foi observada aos 15 dias, nos tratamentos BA+BE que receberam o consórcio microbiano e os nutrientes (24,70 μg de TFP.g-1 de sedimento). Esse resultado também foi acompanhado pelo aumento da contagem de microrganismos degradadores (NMP) e pelas altas taxas de remoção de alcanos (75,87%) e HPAs (84,47%). Por outro lado, o tratamento AN não apresentou degradação significativa nesse período inicial. Após 90 dias, observaram-se variações nas taxas de remoção e diferenças estatísticas entre BA+BE e AN para ambos os hidrocarbonetos, com melhor desempenho do tratamento BA+BE, que apresentou remoção de 91,25% de HPAs e 86,62% de alcanos, enquanto o tratamento AN alcançou 78,45% de remoção de HPAs e 57,15% de alcanos. Após 90 dias, observaram-se variações nas taxas de remoção e diferenças estatísticas entre BA+BE e AN para ambos os hidrocarbonetos, com melhor desempenho do tratamento BA+BE. Já nos ensaios de fitotoxicidade, a maior taxa de inibição em Cucumis sativus foi registrada nos tratamentos BA+BE aos 15 e 45 dias. Porém, após 90 dias de biorremediação, a fitotoxicidade foi significativamente reduzida. As análises de metabarcoding evidenciaram a forte capacidade de adaptação da comunidade autóctone, além da presença de microrganismos com potencial degradador, incluindo bactérias dos gêneros Marinobacter, Pseudomonas e Idiomarina, bem como fungos dos gêneros Cladosporium e Epicoccum. Os resultados obtidos indicam que a combinação das estratégias de bioaumentação e bioestimulação configura uma abordagem promissora para a recuperação de ambientes marinhos contaminados, contribuindo tanto para a degradação do petróleo quanto para a aceleração do processo de remediação.

In 2019, one of the largest environmental disasters in Brazil occurred, involving an estimated spill of between 5 and 12.5 million liters of oil, which affected 11 states along the Brazilian coast and impacted marine ecosystems and human health. Given this, efforts are underway to improve techniques for mitigating these damages. Bioremediation uses microbial metabolism to biodegrade harmful compounds and is becoming increasingly common. In this context, the main objective of this study was to advance knowledge about the biodegradation of petroleum in marine sediments on a mesocosm scale. Therefore, the experiment was conducted with the objective of comparing biostimulation treatment associated with bioaugmentation (BS+BA) with natural attenuation (NA). The assays were carried out in 20-L glass aquaria containing 15 kg of marine sediments artificially contaminated with 1% crude oil. Both treatments were performed in triplicate and maintained for 90 days at room temperature. The BA+BE treatment consisted of inoculating a consortium of microorganisms of marine origin, associated with nutritional supplementation (nitrogen and phosphorus), while the NA treatment was maintained without interventions. Throughout the experimental period, the bioremediation process was monitored at 0, 15, 45, and 90 days through analyses of alkane and polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) degradation, phytotoxicity, dehydrogenase activity, count of hydrocarbon-degrading microorganisms (MPN), as well as the characterization of microbial community by metabarcoding. The microbial consortium composed of Acinetobacter beijerinckii 28, Microbacterium oleivorans M9, Sphingobium xenophagum 41, Alcanivorax sp. 85C, and Paramarasmius palmivorus CRM 593, along with the addition of nutrients, showed high efficiency in hydrocarbon degradation. The highest dehydrogenase activity was observed at 15 days in the BA+BE treatments that received the microbial consortium and nutrients (24.70 μg TFP g⁻¹ of sediment). This result was accompanied by an increase in the count of hydrocarbon-degrading microorganisms (MPN) and high removal rates of alkanes (75.87%) and PAHs (84.47%). On the other hand, the NA treatment did not show significant degradation in this initial period. After 90 days, variations in removal rates and statistical differences were observed between BA+BE and NA for both classes of hydrocarbons, with better performance from the BA+BE treatment, which achieved removal of 91.25% of PAHs and 86.62% of alkanes, whereas the NA treatment achieved 78.45% removal of PAHs and 57.15% of alkanes. In the phytotoxicity assays, the highest inhibition rates in Cucumis sativus were recorded in the BS+BA treatments at 15 and 45 days. However, after 90 days of bioremediation, phytotoxicity was significantly reduced. Metabarcoding analyses revealed the strong adaptability of the autochthonous community, as well as the presence of microorganisms with degradation potential, including bacteria of the genera Marinobacter, Pseudomonas, and Idiomarina, and fungi of the genera Cladosporium and Epicoccum. The results indicate that the combination of bioaugmentation and biostimulation strategies constitutes a promising approach for the recovery of contaminated marine environments, contributing both to degradation of petroleum and to the acceleration of the remediation process.