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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.11.2011.tde-24112011-160040
Document
Author
Full name
Marina Gumiere Alves
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2011
Supervisor
Committee
Fiore, Marli de Fatima (President)
Andreote, Fernando Dini
Moraes, Luiz Alberto Beraldo de
Tavares, Flavio Cesar Almeida
Umbuzeiro, Gisela de Aragão
Title in Portuguese
Degradação da microcistina-XR por bactérias isoladas de sistema de abastecimento público de água
Keywords in Portuguese
Biodegradação
Cianobactérias
Cromatografia líquida de alta eficiência
Microbiologia da água
RNA ribossômico
Toxinas
Abstract in Portuguese
Microcistinas são potentes hepatotoxinas e promotoras de tumores encontradas em águas doces que causam riscos à saúde pública e, portanto, representam um sério problema para as estações de tratamento de água. O gênero de cianobactéria Microcystis é o mais conhecido produtor dessas toxinas e também o mais comumente encontrado formando florações em reservatórios de água usados para abastecimento público. Entretanto, algumas bactérias são capazes de utilizar essas toxinas como fonte de carbono o que pode contribuir para a sua remoção da água. Neste estudo foi avaliado o potencial de degradação da microcistina-XR (MCYST-XR) por bactérias heterotróficas isoladas de um sistema de abastecimento público de água da cidade de Piracicaba-SP. A cianotoxina MCYST-XR avaliada foi isolada da linhagem Microcystis aeruginosa NPLJ-4 e purificada. Culturas puras de 35 bactérias isoladas do sistema de abastecimento de água foram testadas. Para isso, cada bactéria foi inoculada em meio mínimo de sais contendo 60 g mL-1 de MCYST-XR purificada e após 144 horas a degradação da toxina foi avaliada por análise em LC-MS/MS. Os picos indicando a massa da microcistina-XR (m/z 1037) não foram detectados no meio de cultura de seis bactérias, as quais foram identificadas pelo sequenciamento quase completo do gene de RNAr 16S como pertencentes aos gêneros Pseudomonas sp., Sphingomonas sp., Microbacterium sp., Agromyces sp., Bacillus sp. e Acinetobacter sp. Este é o primeiro relato de uma linhagem de Acinetobacter capaz de degradar MCYST. A cinética de biodegradação da MCYST-XR mostrou redução de 80% em 72 horas, período em que as bactérias apresentaram o máximo crescimento. A presença do gene mlrA codificante da enzima microcistinase envolvida no metabolismo da microcistina foi avaliada nos genomas dos seis isolados bacterianos usando iniciadores de PCR específicos. Fragmentos de aproximadamente 800 pb foram amplificados em dois isolados, Bacillus sp.e Microbacterium sp. Ensaios de toxicidade utilizando o cládocero Daphnia similis foram realizados para verificar a efetiva remoção da MCYST-XR e a não formação de subprodutos tóxicos na via de biodegradacão. Os resultados negativos dos bioensaios após 48 horas indicaram a ausência de subprodutos tóxicos na via da degradação.
Title in English
Microcystin-XR degradation by bacteria isolated from public water supply system
Keywords in English
16S rRNA
Cyanobacteria
Cyanotoxin
Microcystis aeruginosa NPLJ-4
Abstract in English
Microcystins are potent hepatotoxins and tumor promoters found in freshwaters that cause public health risks and thus represent a serious problem for water treatment plants. The cyanobacterium genus Microcystis is the most known toxin-producer and the most common bloom-forming in water reservoirs used for public supply. However, some bacteria are able to use these toxins as carbon source, which can contribute to its removal from water. This study assessed the potential for degradation of microcystin-XR (MCYST-XR) by heterotrophic bacteria isolated from a public water supply system of the city of Piracicaba-SP. The cyanotoxin MCYSTXR evaluated was isolated from Microcystis aeruginosa strain NPLJ-4 and purified. Pure cultures of 35 bacteria isolated from the water supply system were tested. For this, each bacterium was inoculated in minimal medium salts containing 60 g mL-1 of purified MCYST-XR and after 144 hours the toxin degradation was evaluated by LC-MS/MS analysis. The peaks indicating the mass of microcystin-XR (m/z 1037) were not detected in the culture medium of six bacteria, which were identified by almost complete sequencing of the 16S rRNA gene as belonging to the genera Pseudomonas sp., Sphingomonas sp., Microbacterium sp., Agromyces sp., Bacillus sp. and Acinetobacter sp. This is the first report of an Acinetobacter strain able to degrade MCYST. The kinetic of the MCYST-XR biodegration showed 80% reduction in 72 hours, period in which the bacteria showed the maximum growth. The presence of the mlrA gene encoding the microcystinase enzyme involved in the metabolism of microcystin was evaluated in the genomes of the six bacterial isolates using specific PCR primers. Fragments of approximately 800 bp were amplified in two isolates, Bacillus sp. and Microbacterium sp. Toxicity assays using the cladoceran Daphnia similis were conducted to verify the effective removal of MCYST-XR and the non formation of toxic by-products in the biodegradation pathway. The negative results of the bioassays after 48 hours indicated absence of toxic by-products in the biodegradation pathway.
 
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Publishing Date
2011-12-05
 
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