Fungos basidiomicetos de origem marinha aplicados a biorremediação de azocorantes têxteis

Dovigo, Daniel Rodrigo

Fungos basidiomicetos de origem marinha aplicados a biorremediação de azocorantes têxteis

Arquivos

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Data

2024-03-12

Autores

Dovigo, Daniel Rodrigo

Orientador

Sette, Lara Durães

Coorientador

Otero, Igor Vinicius Ramos

Pós-graduação

Ciências Biológicas (Biologia Celular, Molecular e Microbiologia) - IB 33004137046P4

Editor

Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Tipo

Dissertação de mestrado

Direito de acesso

Acesso aberto

Resumo

Resumo (português)

O setor têxtil é responsável por despejar uma grande quantidade de efluentes nos cursos d'água, os quais contêm corantes e compostos recalcitrantes que afetam negativamente o ambiente aquático. Esses corantes podem ser de difícil degradação e altamente tóxicos. Uma abordagem possível para lidar com essa problemática é a biodegradação, utilizando microrganismos e suas enzimas para transformar e degradar os poluentes em substâncias menos prejudiciais aos ecossistemas. Os fungos basidiomicetos da podridão branca se destacam devido à capacidade de produzir enzimas ligninolíticas que podem agir sobre moléculas recalcitrantes semelhantes à lignina. Fungos basidiomicetos de origem marinha podem apresentar vantagens sobre os fungos terrestres, por sua adaptação à salinidade e pH do ambiente marinho, os quais podem ser similares às condições encontradas nos efluentes têxteis. Diante disso, o presente estudo teve como objetivo avaliar o potencial de descoloração e destoxificação dos corantes Preto Reativo 5 (PR5), Laranja Reativo 16 (LR16) e Vermelho Reativo 120 (VR120) pelos fungos marinhos Paramarasmius palmivorus CBMAI 1062 e Tinctoporellus sp. CBMAI 1061 e suas enzimas, bem como estudar o metabolismo fúngico na degradação de corante têxtil. Para tanto, os azocorantes foram adicionados ao meio de crescimento dos fungos em concentração de 250 mg.L-1 e o percentual de descoloração foi avaliado. A descoloração promovida pelo fungo P. palmivorus CBMAI 1062 foi de 53,4%, 43,9% e 19,17% para PR5, LR16 e VR120, respectivamente, enquanto que para o fungo Tinctoporellus sp. CBMAI 1061 as taxas de descoloração foram de 36,5%, 19,9% e 28,9% para os mesmos corantes, respectivamente. Experimentos de descoloração realizados em placas de 96 poços, utilizando os caldos de cultivo dos fungos (secretoma) também foram realizados com os corantes PR5 e LR16, com e sem a adição de mediadores oxidativos. Os melhores resultados de descoloração foram com a adição de mediadores e chegaram a 80,5% e 54,83% para PR5 e LR16, respectivamente, quando o secretoma de P. palmivorus CBMAI 1062 foi utilizado. O secretoma de Tinctoporellus sp. CBMAI 1061 apresentou taxas de descoloração de 74,5% e 21,5% para os mesmos corantes, respectivamente. Em experimentos em maior escala (10 mL) a descoloração do corante PR5 (100 mg.L-1) na presença de mediadores oxidativos foi de 93,6% e 76,1% quando o secretoma de P. palmivorus CBMAI 1062 e Tinctoporellus sp. CBMAI 1061 foram respectivamente utilizados. Além disso, o secretoma de P. palmivorus CBMAI 1062 foi capaz de manter taxas de descoloração altas (>77%) até a concentração de 1000 mg.L-1 do corante, sem diferença significativa com o resultado encontrado na concentração 10 vezes menor. Ensaios de avaliação de fitotoxicidade, utilizando sementes de Cucumis sativus (pepino) demonstraram que não houve redução significativa na toxicidade após os tratamentos, apesar das altas taxas de descoloração obtidas. As análises dos metabólitos gerados pela descoloração do corante PR5 foram realizadas por GC-MS e revelaram a presença de compostos indicativos de degradação do corante (13-Docosenamide, (Z) e Pyrrolo[1,2-a]pyrazine-1,4-dione, hexahydro), os quais apresentam menor peso molecular comparado ao composto original. Também foram identificados metabólitos tóxicos (Metharbital e Cyclopentane), o que pode justificar a fitotoxicidade dos bioensaios. Os dados derivados da análise transcriptômica dos genes expressos no secretoma de ambos os fungos, demonstraram a presença de transcritos relacionados com enzimas que podem estar associadas ao processo de degradação do corante PR5, incluindo lacase, monoxigenases, alfa/beta hidrolases, glioxal oxidase e epóxido hidrolases. Os resultados obtidos no presente estudo, permitiram ampliar o conhecimento acerca do metabolismo de fungos basidiomicetos de origem marinha. Em adição, os resultados indicam que o secretoma de P. palmivorus CBMAI 1062 é capaz de descolorir e degradar azocorantes reativos, destacando esse fungo como um importante recurso genético microbiano para a biorremediação de compostos poluentes ambientais.

Resumo (inglês)

The textile industry is responsible for dumping large amounts of effluents into water bodies, which contain dyes and recalcitrant compounds that negatively impact the aquatic environment. These dyes can be difficult to degrade and highly toxic. One possible approach to dealing with this problem is biodegradation, using microorganisms and their enzymes to transform and degrade pollutants into substances that are less harmful to ecosystems. White rot basidiomycete fungi stand out due to their ability to produce ligninolytic enzymes that can act on recalcitrant lignin-like molecules. Marine-derived basidiomycetes may have advantages over terrestrial fungi due to their adaptation to the salinity and pH of the marine environment, which may be similar to the conditions found in textile effluents. Therefore, this study aimed to evaluate the potential for decolorization and detoxification of the dyes Reactive Black 5 (RB5), Reactive Orange 16 (RO16), and Reactive Red 120 (RR120), by marine-derived fungi Paramarasmius palmivorus CBMAI 1062 and Tinctoporellus sp. CBMAI 1061 and their enzymes, as well as to study fungal metabolism in the degradation of textile dye. To this end, the azo dyes were added to the fungal growth medium in a concetration of 250 mg.L-1 and the percentage of decolorization was evaluated. Decolorization promoted by the fungus P. palmivorus CBMAI 1062 was 53.4%, 43.9%, and 19.17% for RB5, RO16, and RR120, respectively, while for the fungus Tinctoporellus sp. CBMAI 1061, the decolorization rates were 36.5%, 19.9%, and 28.9% for the same dyes, respectively. Decolorization experiments conducted in 96-well plates using fungal culture broths (secretome) were also carried out with RB5 and RO16 dyes, with and without the addition of oxidative mediators. The best decolorization results were with the addition of mediators and reached 80.5% and 54.83% for RB5 and RO16, respectively, when the secretome of P. palmivorus CBMAI 1062 was used. The secretome of Tinctoporellus sp. CBMAI 1061 showed 74.5% and 21.5% decolorization rates for the same dyes, respectively. In larger scale experiments (10 mL), the decolorization of RB5 dye (100 mg.L-1) in the presence of oxidative mediators was 93.6% and 76.1% when the secretome of P. palmivorus CBMAI 1062 and Tinctoporellus sp. CBMAI 1061 were respectively used. Furthermore, the secretome of P. palmivorus CBMAI 1062 was able to maintain high decolorization rates (>77%) up to a concentration of 1000 mg.L-1 of the dye, with no significant difference with the result found at a concentration ten times lower. Phytotoxicity evaluation assays using Cucumis sativus (cucumber) seeds demonstrated no significant reduction in toxicity after treatments, despite the high decolorization rates obtained. Analyzes of the metabolites generated by the decolorization of the RB5 dye were carried out by GC-MS and revealed the presence of compounds indicative of dye degradation (13-Docosenamide, (Z) and Pyrrolo[1,2-a]pyrazine-1,4-dione, hexahydro), which have a lower molecular weight compared to the original compound. Toxic metabolites (Metharbital and Cyclopentane) were also identified, which may justify the phytotoxicity of the bioassays. Data derived from transcriptomic analysis of genes expressed in the secretome of both fungi demonstrated the presence of transcripts related to enzymes possibly related to the RB5 dye degradation process, including laccase, monooxygenases, alpha/beta hydrolases, glyoxal oxidase, and epoxide hydrolases. The results obtained in this study allowed the increase of knowledge about the metabolism of basidiomycete fungi of marine origin. In addition, the results indicate that the secretome of P. palmivorus CBMAI 1062 is capable of decolorizing and degrading reactive azo dyes, highlighting this fungus as an important microbial genetic resource for the bioremediation of environmental polluting compounds.