Identificação da presença de combustíveis em subsuperfície através de técnicas de biologia molecular

Abstract

A contaminação de águas subterrâneas por combustíveis/biocombustíveis tem sido uma grande preocupação em países industrializados, principalmente no que diz respeito à sua utilização para o abastecimento público. Com isso, a identificação das áreas contaminadas se faz necessária para minimizar os riscos a que estão sujeitos a população e o meio ambiente. Neste estudo foram investigadas oito áreas experimentais, onde houveram liberações controladas de combustíveis/biocombustíveis, com o objetivo de identificar estes focos de contaminação com o uso de técnicas de biologia molecular. Foi utilizada a reação em cadeia da polimerase em tempo real (qPCR) para quantificação de bactérias totais e comunidades específicas de microrganismos (nitrito redutase (nirS), Geobacter, !-Proteobacteria e Arqueas) associados aos processos de oxidação-redução da degradação dos contaminantes. Análises físico-químicas (BTEX, etanol, acetato, nitrato, ferro2+, sulfato, sulfeto, metano e potencial redox) foram comparadas às microbiológicas. As bactérias totais tiveram uma correlação positiva com as concentrações dos substratos etanol e acetato, mas não mostrou correlação com os hidrocarbonetos aromáticos (BTEX). Desta forma, o método de qPCR, especificamente com a análise de bactérias totais, é adequado para a detecção da presença de contaminação recente de biocombustíveis em águas subterrâneas. As arqueas foram detectadas em locais altamente redutores, mas não mostrou relação com as análises de metano. As comunidades microbianas específicas, nirS e sulfato-redutoras, foram encontradas em maiores quantidades em áreas onde houve o decaimento dos respectivos receptores de elétrons nitrato e sulfato. Assim como também foi observada a relação das comunidades microbianas específicas (Geobacter e sulfato-redutoras) com altas concentrações do seu subproduto metabólico (ferro2+ e sulfeto). Sendo assim, com a análise dos quatro genes filogenéticos específicos avaliados neste trabalho, é possível identificar o processo de biodegradação que está ocorrendo em uma área potencialmente contaminada. Portanto, o método molecular (PCR) não se mostrou suficiente para traçar um diagnóstico de áreas contaminadas por combustíveis, mas sim como uma técnica complementar às físico-químicas proporcionando respostas mais refinadas na definição do processo de oxirredução prevalecente, sendo relevante na diminuição de incertezas no momento de tomada de decisão.

Contamination of groundwater by fuels and biofuels has been subject of great concern. One of the main issues related to groundwater contamination is its use for public supply. Therefore, water contamination identification is needed for minimizing risks to which the population and environment are exposed. The current work evaluated eight experimental areas, where controlled release of fuels and biofuels occurred, with the purpose of identifying contamination sources through the use of molecular biology. Real-time polymerase chain reaction (qPCR) was performed using for quantification of total bacteria and specific microorganisms communities (nitrite reductase (nirS), Geobacter, !-Proteobacteria and Archaeas) which are associated with redox degradation processes of contaminants. Chemical analysis (BTEX, ethanol, acetate, nitrate, iron2+, sulfate, sulfide, methane and redox potential) were compared with microbiological analysis. A positive correlation was noticed between total bacteria and substrates (ethanol and acetate) concentrations, but the correlation was not noticed with aromatics hydrocarbons (BTEX). Therefore, the qPCR method, specifically with total bacteria analysis, is suitable for detecting the presence of biofuels in groundwater in fresh spills. Archaeas were detected in highly reducing sites, but not related with methane analysis. Specific microbial communities, nirS and sulfate-reducing bacteria, were detected in high numbers in areas where the decrease of electrons acceptor (nitrate and sulfate, respectively) concentrations was observed over time. As well as was observed a relation between specific microbial communities (Geobacter and sulfate-reducing bacteria) with high concentrations of its metabolic byproducts (iron2+ and sulfide). Thus, with the phylogenetic analysis of four specific genes studied in this work, we can identify the biodegradation process that is occurring in a potentially contaminated area. Therefore, only the molecular method (PCR) was not enough to draw diagnostic contaminated areas by fuel, but rather a tool to complement physical-chemical analysis, which provides answers more refined to define the predominant redox process, being relevant in reduction of uncertainties at the moment of decision.