Bioprospecção de fungos produtores de biosurfactantes e desenvolvimento de bioprocessos aplicados à micorremediação de solos contaminados com hidrocarbonetos

Abstract

A contaminação ambiental por hidrocarbonetos e metais tóxicos é um problema global que acarreta danos a todos seres vivos. Os fungos são recursos biológicos no desenvolvimento de bioprocessos voltados a remediação ambiental, devido sua capacidade de interagir e/ou produzir metabólitos que favorecem a interação com o contaminante como, por exemplo, os biosurfactantes. Este trabalho objetivou explorar os bioprocessos e bioprodutos fúngicos para remediação ambiental e aplicações industriais, bem como iniciar o desenvolvimento de produção de biosurfactantes por fungos filamentosos. Neste contexto, os avanços técnicos-científicos no desenvolvimento de bioprodutos fúngicos para remediação de hidrocarbonetos de petróleo e metais tóxicos foram revisados, bem como as principais classes de biosurfactantes e o bioprocessamento de biosurfactantes fúngicos desde o isolamento de linhagens até a sua formulação em produtos comerciais. Uma coleção de culturas de 58 fungos isolados de solos contaminados com hidrocarbonetos (REMA/UFSC) foi criada, e linhagens foram identificados como Fusarium (n= 40), Penicillium (n= 8), Paecilomyces (n= 4), Scolecobasidium (n= 1), Scopulariopsis (n= 1) e Ilyonectria (n= 1), usando características morfológicas e/ou sequenciamento da região ITS. Estes isolados e outros de solos contaminados (n = 7), solos antárticos (n= 46) e endofíticos de plantas de mangue (n = 7) foram bioprospectados para produção de biosurfactantes por meio do teste colapso da gota, índice de emulsificação e tensiometria. Estes testes revelaram o potencial de Aspergillus sp. SC21P3, Fusarium sp. AF99PD, Thelebolus sp. SC29P3, Paecilomyces sp. AF45D e Ilyonectria sp. AF25D para o colapso da gota (>4 mm), exceto as duas últimas para tensiometria. O uso de extrato de levedura (Meio X e Y) ou NaNO3 (Meio N) nas concentrações de 0.5 g?L-1 (Meio X) e 5 g?L-1 (Meio Y e N) juntamente com glicose (20 g?L-1) e óleo de soja (0,5%) influenciou na atividade de superfície dos biosurfactantes, bem como o perfil cinético desta produção. Em 168h, a composição do meio N promoveu as maiores reduções da tensão superficial usando como inóculos as linhagens Trichoderma sp. P05R2 (26,9 mN?m-1) e RASC1B10122 (42,3 mN?m-1), Pseudogymnoascus sp. SC23P3 (36,2 mN?m-1), Penicillium sp. SCUV02.P1(33,1 mN?m-1), P10R6 (27 mN?m-1), AF38D (40,1 mN?m-1) e AF41D (40,8 mN?m-1) e Curvularia sp. ILRR1A20047 (37,7 mN?m-1), enquanto em meio X para Buergenerula spartinae (40,6 mN?m-1). Os resultados apresentados neste estudo mostram abrangentemente o potencial de fungos em remediação ambiental e/ou uso em bioprocessos industriais; bem como revela que a bioprospecção tem permitido a descobertas de linhagens anteriormente não descritas para produção de biosurfactantes.

Abstract: Environmental contamination by hydrocarbons and toxic metals is a global problem that harms all living beings. Fungi are biological resources in bioprocesses development that may be used in environmental remediation due to their ability to interact and/or produce metabolites that favor interacting with the contaminant, e.g., biosurfactants. This work aimed to explore fungal bioprocesses and bioproducts for environmental remediation and industrial applications and begin biosurfactant production development by filamentous fungi. In this context, technical-scientific advances in developing fungal bioproducts for remediation of petroleum hydrocarbons and toxic metals were reviewed, as well as the main classes of biosurfactants and the bioprocessing of fungal biosurfactants from the isolation of strains to their formulation into commercial products. A culture collection of 58 fungi isolated from hydrocarbon-contaminated soils (REMA/UFSC) was created. Strains were identified as Fusarium (n= 40), Penicillium (n=8), Paecilomyces (n= 4), Scolecobasidium (n= 1), Scopulariopsis (n= 1) and Ilyonectria (n= 1), using morphological characteristics and/or ITS region sequencing. These isolates and other strains from contaminated soils (n = 7), Antarctic soils (n = 46), and mangrove plant endophytes (n = 7) were bioprospecting for biosurfactant production by drop collapse test, emulsification index, and tensiometry. These tests revealed the potential of Aspergillus sp. SC21P3, Fusarium sp. AF99PD, Thelebolus sp. SC29P3, Paecilomyces sp. AF45D and Ilyonectria sp. AF25D for drop collapse (>4 mm), and except the last two for tensiometry. The use of yeast extract (Medium X and Y) or NaNO3 (Medium N) at concentrations of 0.5 g?L-1 (Medium X) and 5 g?L-1 (Medium Y and N) together with glucose (20 g?L-1) and soybean oil (0.5%) influenced the surface activity of biosurfactants, as well as the kinetic profile of this production. In 168h, the N medium composition promoted the highest surface tension reduction using inoculum Trichoderma sp. P05R2 (26.9 mN?m-1) and RASC1B10122 (42.3 mN?m-1), Pseudogymnoascus sp. SC23P3 (36.2 mN?m-1), Penicillium sp. SCUV02.P1(33.1 mN?m-1), P10R6 (27 mN?m-1), AF38D (40.1 mN?m-1) and AF41D (40.8 mN?m-1) and Curvularia sp. ILRR1A20047 (37.7 mN?m-1), while medium X for Buergenerula spartinae (40.6 mN?m-1). The results presented in this study comprehensively show the potential of fungi in environmental remediation and/or use in industrial bioprocesses, as well as reveal that bioprospecting led to the discovery of previously undescribed strains for biosurfactant production.