Potencial in vitro de isolados bacterianos para biorremediação de solo e efluentes contaminados com metais potencialmente tóxicos

Abstract

A urbanização e industrialização rápidas têm causado aumento significativo da geração de efluentes e contaminação do solo com íons de metais potencialmente tóxicos (MPT), como cádmio (Cd2+), crômio tri (Cr3+) e hexavalente (Cr6+), além de cobre (Cu2+) e mercúrio (Hg2+), dentre outros. A capacidade, in vitro, da cepa Klebsiella sp. LM09, para promoção de crescimento vegetal, a germinação de sementes de Helianthus annuus L. (planta com potencial para fitorremediação de solos contaminados com MPT), associadas ou não a este microrganismo, e o crescimento de plântulas de girassol, na presença de Cd2+, Cr3+, Cr6+, Cu2+ e Hg2+, foram estudados. O potencial in vitro da cepa Cupriavidus sp. 395/10, previamente isolada de solo tropical, contaminado com Cd2+, Cr3+ e Ni2+, para biossorção/bioacumulação destas espécies químicas, também foi avaliado. A cepa Klebsiella sp. LM09, isolada de um fertilizante biológico, foi identificada pelo sequenciamento de fragmentos da região 16S rRNA, tendo apresentado capacidade elevada para produção de ácido indol acético, AIA (62,88±0,02) μg mL-1 e moderada para solubilização de fosfato de cálcio (índice de solubilização = 3,68±0,03). Solubilizou potássio inorgânico e produziu siderofóros. A sua inoculação em vermiculita protegeu plantas de girassol de possíveis efeitos adversos ocasionados pelos MPT estudados e promoveu o crescimento das plântulas. As concentrações mínimas inibitórias (CMI) de Cd2+, Cr3+ e Ni2+ para o isolado Cupriavidus sp. 395/10, cultivado em meio caldo nutriente (CN), foram 3, 4 e 225 mmol L-1, respectivamente. Em meio CN contendo simultaneamente, os três íons metálicos, a CMI foi 1 mmol L-1. O intervalo ótimo para a multiplicação celular ocorreu entre 12 e 24 h de cultivo, tanto na ausência como na presença de Cd2+, Cr3+ e/ou Ni2+. Houve aumento do pH do meio em função do tempo de incubação, culminando em pH entre 8,25 e 8,75; após 96 h de cultivo. Nas micrografias da microscopia eletrônica de transmissão foram observados no interior e na parede de algumas células do isolado aglomerados discretos de natureza eletrocondutora, sinalizando possível biossorção/bioacumulação de Cd2+, Cr3+ e/ou Ni2+. Os resultados da análise das células de Cupriavidus sp. 395/10 por espectroscopia molecular na região do infravermelho (FTIR) evidenciaram a presença de grupos hidroxila e carbonila, na parede celular, que podem atuar como sítios de adsorção de íons metálicos. Os resultados deste estudo sinalizam que as cepas Klebsiella sp. LM09 e Cupriavidus sp. 395/10 têm potencial para serem empregadas em processos de biorremediação de ambientes contaminados com MPT.

Rapid urbanization and industrialization have led to a significant increase in effluent generation and soil contamination with potentially toxic metal ions (PTM), such as cadmium (Cd2+), trivalent chromium (Cr3+), and hexavalent chromium (Cr6+), as well as copper (Cu2+) and mercury (Hg2+), among others. The in vitro capability of the Klebsiella sp. LM09 strain to promote plant growth, germinate seeds of Helianthus annuus L. (a plant with potential for phytoremediation of soils contaminated with PTM), either associated or not with this microorganism, and the growth of sunflower seedlings in the presence of Cd2+, Cr3+, Cr6+, Cu2+, and Hg2+ were studied. The in vitro potential of the Cupriavidus sp. 395/10 strain, previously isolated from tropical soil contaminated with Cd2+, Cr3+, and Ni2+, for biosorption/bioaccumulation of these chemical species was also evaluated. The Klebsiella sp. LM09 strain, isolated from a biological fertilizer, was identified through sequencing of fragments of the 16S rRNA region and exhibited a high capacity for indole-3-acetic acid (IAA) production (62.88±0.02) μg mL-1 and moderate solubilization of calcium phosphate (solubilization index = 3.68±0.03). It solubilized inorganic potassium and produced siderophores. Its inoculation in vermiculite protected sunflower plants from potential adverse effects caused by the studied PTM and promoted seedling growth. The minimum inhibitory concentrations (MIC) of Cd2+, Cr3+, and Ni2+ for the Cupriavidus sp. 395/10 isolate, cultivated in nutrient broth (NB) were 3, 4, and 225 mmol L-1, respectively. In NB containing all three metal ions simultaneously, the MIC was 1 mmol L-1. The optimal interval for cell multiplication occurred between 12 and 24 h of cultivation, both in the absence and presence of Cd2+, Cr3+ and/or Ni2+. It was observed increase in medium pH over time, resulting in a pH range of 8.25 to 8.75 after 96 h of cultivation. Transmission electron microscopy micrographs revealed discrete clusters of electroconductive nature inside and on the cell wall of some cells of the isolate, suggesting possible biosorption/bioaccumulation of Cd2+, Cr3+, and/or Ni2+. The results of molecular spectroscopy analysis in the infrared region (FTIR) on Cupriavidus sp. 395/10 cells demonstrated the presence of hydroxyl and carbonyl groups in the cell wall, which can serve as adsorption sites for metal ions. The results of this study indicate that the Klebsiella sp. LM09 and Cupriavidus sp. 395/10 strains have the potential to be employed in the bioremediation of environments contaminated with PTM.