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Microbial Degradation of Diesel: Role of Bacteria and Functions in Removing Contaminants, Summaries of Biology

The microbial degradation of diesel, focusing on the role of bacteria in decomposing hydrocarbons and other chemical contaminants. It highlights various studies on the degradation of diesel components, including aromatics and alkanes, and the use of consortia for efficient and rapid degradation. The document also covers the importance of oxidation processes and the involvement of specific bacterial genera, such as Acinetobacter, Burkholderia, and Cupriavidus.

What you will learn

  • How do bacteria contribute to the degradation of diesel hydrocarbons?
  • Which bacterial genera are most commonly involved in diesel degradation?
  • What are the different methods used to degrade diesel components?
  • What are the main components of diesel and how are they distilled?
  • What are the key enzymes and pathways involved in the anaerobic degradation of aromatic compounds in diesel?

Typology: Summaries

2019/2020

Uploaded on 03/05/2022

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOTECNOLOGIA
SINERGISMO ENTRE CEPAS DE UM CONSÓRCIO BACTERIANO
DEGRADADOR DE DIESEL ISOLADO DO RIO NEGRO
JEFFERSON FERREIRA DOS SANTOS
Orientador: Edmar Vaz de Andrade
Co-orientadora: Isabelle Bezerra Cordeiro
MANAUS AM
2021
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOTECNOLOGIA

SINERGISMO ENTRE CEPAS DE UM CONSÓRCIO BACTERIANO

DEGRADADOR DE DIESEL ISOLADO DO RIO NEGRO

JEFFERSON FERREIRA DOS SANTOS

Orientador: Edmar Vaz de Andrade Co-orientadora: Isabelle Bezerra Cordeiro MANAUS – AM 2021

JEFFERSON FERREIRA DOS SANTOS

SINERGISMO ENTRE CEPAS DE UM CONSÓRCIO BACTERIANO

DEGRADADOR DE DIESEL ISOLADO DO RIO NEGRO

MANAUS – AM

Tese de Doutorado, orientada pelo Prof. Dr. Edmar Vaz de Andrade e Co-orientada pela Profa. Dra. Isabelle Bezerra Cordeiro, apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia – PPGBiotec, como requisito para obtenção do título de doutor em Biotecnologia pela Universidade Federal do Amazonas – UFAM.

SUMÁRIO

  • RESUMO
  • ABSTRACT
    1. INTRODUÇÃO
    1. REFERENCIAL TEÓRICO
    • 2.1. ÓLEO DIESEL: CARACTERISTICAS GERAIS
      • 2.1.1. Compostos tóxicos e perigosos no diesel
      • 2.1.2. Principais efeitos tóxicos dos hidrocarbonetos do diesel
    • 2.2. POLUIÇÃO CAUSADA POR DIESEL
      • 2.2.1. Acidentes com óleo na Amazônia
    • 2.3. BIODEGRADAÇÃO DO ÓLEO DIESEL
      • 2.3.1. Biorremediação
      • 2.3.2. Biorremediação do diesel por bactérias
      • 2.3.3. Uso de consórcios bacterianos na biorremediação do diesel
      • 2.3.4. Principais rotas catabólicas para diesel em microrganismos
    • 2.4. PROTEÔMICA E BIORREMEDIAÇÃO..........................................................................
    1. OBJETIVOS
    • 3.1. GERAL
    • 3.2. ESPECÍFICOS
    1. METODOLOGIA
    • 4.1. COLETA E ANÁLISE MORFOLÓGICA DOS CONSÓRCIOS BACTERIANOS
      • 4.1.1. Coleta
      • 4.1.2. Isolamento de colônias bacterianas
      • 4.1.3. Coloração de Gram e Cápsula
    • 4.2. ANÁLISE DE BIODEGRADAÇÃO DO DIESEL
      • 4.2.1. Condições de cultivo bacteriano
      • 4.2.2. Seleção de consórcios com DCPIP
      • 4.2.3. Curva de redução do DCPIP
      • 4.2.4. Teste da atividade emulsificante
      • 4.2.5. Teste de Hidrofobicidade Celular
      • 4.2.6. Determinação da biodegradação do óleo diesel por gravimetria
    • 4.3. TOXICIDADE DO SOBRENADANTE DE CULTURA
      • 4.3.1. Toxicidade em Artemia salina
      • 4.3.2. Toxicidade em Lactuca sativa
    • 4.4. ANÁLISE PROTEÔMICA
      • 4.4.1. Obtenção das proteínas intracelulares
      • 4.4.2. Obtenção de proteínas extracelulares
      • 4.4.3. Eletroforese unidimensional (SDS-PAGE)
      • 4.4.4. Preparo de amostras para digestão tríptica
      • 4.4.5. Digestão tríptica
      • 4.4.6. Espectrometria de massas
      • 4.4.7. Buscas em bancos de dados de proteína.......................................................................................
      • 4.4.8. Critérios para identificação de proteínas
      • 4.4.9. Construção dos mapas metabólicos
      • 4.4.10. Análise da abundância de proteínas associadas a biorremediação
    • 4.5. ANÁLISE ESTATÍSTICA
    1. RESULTADOS E DISCUSSÃO........................................................................................
    • 5.1. ANÁLISE MORFOLÓGICA DOS CONSÓRCIOS BACTERIANOS
    • 5.2. ANÁLISE DE BIODEGRADAÇÃO DO DIESEL
      • 5.2.1. Seleção de consórcios e curva de redução de DCPIP
      • 5.2.2. Teste da atividade emulsificante
      • 5.2.3. Teste de hidrofobicidade celular
      • 5.2.4. Biodegradação do óleo diesel pelos consórcios
    • 5.3. TOXICIDADE DO SOBRENADANTE DE CULTURA
      • 5.3.1. Toxicidade em Artemia salina
      • 5.3.2. Toxicidade em Lactuca sativa
    • 5.4. CONSÓRCIO A3 COMO O MAIS PROMISSOR PARA A BIORREMEDIAÇÃO
    • 5.5. ANÁLISE PROTEÔMICA DO CONSÓRCIO A3
      • 5.5.1. Definição dos gêneros e espécies do consórcio por espectrometria de massa
      • 5.5.2. Proteínas identificadas
    • 5.6. DEGRADAÇÃO DE XENOBIÓTICOS PELO CONSÓRCIO A3
      • 5.6.1. Degradação de hidrocarbonetos aromáticos monocíclicos
        • 5.6.1.1. Degradação de BTEX pelo consórcio A3
        • 5.6.1.2. Degradação de outros compostos monoaromáticos pelo consórcio A3
      • 5.6.2. Degradação de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos
      • 5.6.3. Degradação de hidrocarbonetos alifáticos
    • 5.7. MODELO DE DEGRADAÇÃO DE XENOBIÓTICOS PARA O CONSÓRCIO A3
    • 5.8. MAPAS METABÓLICOS DAS ESPÉCIES DO CONSÓRCIO A3
    • 5.9. ABUNDÂNCIA DAS PROTEÍNAS ASSOCIADAS A BIORREMEDIAÇÃO...............
    1. CONCLUSÃO E PERSPECTIVAS
    1. REFERÊNCIAS..............................................................................................................
    1. APÊNDICES.......................................................................................................................14

Figura 11: Ampliação de partes da via degradação do benzoato (map00362) - destaque Catechol 2, 3 dioxygenase (EC: 1.13.11.2). Modificada a partir do KEGG. Figura 12: Ampliação de partes da via degradação do benzoato (map00362) - destaque quebra anaeróbica. Modificada a partir do KEGG. Figura 13: Esquema das rotas de quebra do benzoato pelo consórcio A3. Verde - enzimas-chave da via (identificadas); Azul – mecanismo de quebra e produto final da via; Amarelo – enzima-chave da via (não identificadas), seguido da reação e produtos finais (em branco). Figura 14: Via de degradação do tolueno (map00623). Modificada a partir do KEGG. I – Amostra intracelular; E – Amostra extracelular; AB – A. baumannii ; BC – B. cenocepacia ; CT – C. taiwanensis. Caixas de EC number na cor verde indicam enzimas encontradas, e amarela ou laranja, enzimas importantes não encontradas. Linhas de contorno vermelho são as principais rotas de quebra do xenobiótico. Pontos vermelhos são compostos importantes na via. Espaço entre duas setas verdes indicam uma reação de quebra de um anel aromático. Figura 15: Ampliação de partes da via degradação do tolueno (map00623) - destaque formação de benzoato. Modificada a partir do KEGG. Figura 16: Via de degradação do etilbenzeno (map00642). Modificada a partir do KEGG. I – Amostra intracelular; E – Amostra extracelular; CT – C. taiwanensis. Caixas de EC number na cor verde indicam enzimas encontradas, e amarela ou laranja, enzimas importantes não encontradas. Linhas de contorno vermelho são as principais rotas de quebra do xenobiótico. Pontos vermelhos são compostos importantes na via. Figura 17: Via de degradação de p- , o- , e m- xileno (map00622). Modificada a partir do KEGG. I – Amostra intracelular; E – Amostra extracelular; AB – A. baumannii ; CT – C. taiwanensis. Caixas de EC number na cor verde indicam enzimas encontradas, e amarela ou laranja, enzimas importantes não encontradas. Linhas de contorno vermelho são as principais rotas de quebra do xenobiótico. Pontos vermelhos são compostos importantes na via. Espaço entre duas setas verdes indicam uma reação de quebra de um anel aromático. Figura 18: Ampliação de partes da via degradação do xileno (map00623) - destaque formação de metilbenzoato. Modificada a partir do KEGG Figura 19: Via de degradação de clorociclohexano e clorobenzeno (map00361). Modificada a partir do KEGG. I – Amostra intracelular; E – Amostra extracelular; BC – B. cenocepacia. Caixas de EC number na cor verde indicam enzimas encontradas. Pontos vermelhos são compostos importantes na via. Espaço entre duas setas verdes indicam uma reação de quebra de um anel aromático. Figura 20: Via de degradação de fluorobenzoato (map00364). Modificada a partir do KEGG. I – Amostra intracelular; E – Amostra extracelular; BC – B. cenocepacia. Caixas de EC number na cor verde indicam enzimas encontradas. Pontos vermelhos são compostos importantes na via. Espaço entre duas setas verdes indicam uma reação de quebra de um anel aromático. Figura 21: Via de degradação de aminobenzoato (map00627). Modificada a partir do KEGG. I – Amostra intracelular; E – Amostra extracelular; AB – A. baumannii ; BC – B. cenocepacia ; CT – C. taiwanensis. Caixas de EC number na cor verde indicam enzimas encontradas. Pontos vermelhos são compostos importantes na via. Figura 22: Via de degradação de naftaleno (map00627). Modificada a partir do KEGG. I – Amostra intracelular; E – Amostra extracelular; AB – A. baumannii ; Caixas de EC number na cor verde

indicam enzimas encontradas. Linhas de contorno vermelho são as principais rotas de quebra do xenobiótico. Pontos vermelhos são compostos importantes na via. Figura 23: Via de degradação ácidos graxos (map00071). Modificada a partir do KEGG. I – Amostra intracelular; E – Amostra extracelular; AB – A. baumannii ; BC – B. cenocepacia ; CT – C. taiwanensis. Caixas de EC number na cor verde indicam enzimas encontradas, e amarela ou laranja, enzimas importantes não encontradas. Linhas de contorno vermelho representa a via de β - oxidação dos ácidos graxos. Pontos vermelhos são compostos importantes na via. Figura 24: Via de degradação de Degradação de cloroalcano e cloroalceno (map00625). Modificada a partir do KEGG. I – Amostra intracelular; E – Amostra extracelular; AB – A. baumannii ; BC – B. cenocepacia. Caixas de EC number na cor verde indicam enzimas encontradas. Pontos vermelhos são compostos importantes na via. Figura 25. Relação das proteínas de A. baumannii, B. cenocepacia e C. taiwanensis associadas à degradação dos xenobióticos. (1) – Aromáticos; (2) – Ácidos graxos; (3) – Alifáticos e (4) – Outros compostos. Números associados aos compostos xenobióticos representam a quantidade de proteínas identificadas nas vias e degradação. Figura 26. Mecanismo geral de degradação de compostos aromáticos pelo consórcio A3. Caixas de EC number na cor verde indicam enzimas encontradas e amarela enzimas importantes não encontradas. AB – A. baumannii ; BC – B. cenocepacia ; CT – C. taiwanensis. As cores diferentes das setas tracejadas indicam as diferentes rotas de degradação de um determinado xenobiótico. Figura 27. Mecanismo geral de degradação hidrocarbonetos alifáticos pelo consórcio A3. Caixas de EC number na cor verde indicam enzimas encontradas e amarela enzimas importantes não encontradas. AB – A. baumannii ; BC – B. cenocepacia ; CT – C. taiwanensis Figura 28. Heatmap de abundância das proteínas associadas com a degradação de xenobióticos. Baseado nos spectral counts totais observados nos dados de espectrometria de massas. AB-Ex – spectral counts de A. baumannii amostra extracelular; BC-Ex – spectral counts de B. cenocepacia amostra extracelular; CT-Ex spectral counts de C. taiwanensis amostra extracelular; A3-Ex – somatória de todos os spectral counts do consórcio A3 amostra extracelular; AB-In – spectral counts de A. baumannii da amostra intracelular; BC-In – spectral counts de B. cenocepacia amostra intracelular; CT-In spectral counts de C. taiwanensis amostra intracelular; A3-In – somatória de todos os spectral counts do consórcio A3 amostra intracelular.

LISTA DE TABELAS

Tabela 01. Pontos de coleta dos consórcios bacterianos. A1, A2, A3, A4, A5 – Respectivos consórcios coletados. Tabela 02. Composição dos ensaios para determinação da curva de redução do DCPIP. Tabela 03. Características morfológicas de colônias isoladas dos consórcios bacterianos Tabela 04. Concentração média de DCPI reduzido pelos consórcios. A1, A2, A3, A4, A5 – Respectivos consórcios cultivados em BH + diesel + DCPIP. C1 – Controle 1 (BH + DCPIP); C2 – Controle 2 (BH + DCPIP + diesel); C3 – Controle 3 (BH + DCPIP + Pré-Inóculo). Letras diferentes indicam diferenças estatísticas significativas entre os tratamentos. Análise de variância e teste Tukey com significância de 0,05. Tabela 05. Pontos de coleta dos consórcios bacterianos e seleção com DCPIP. A1, A2, A3, A4, A5 – Respectivos consórcios cultivados em BH + Diesel + DCPIP, a 30˚ C, sem agitação, por 48. Descoloração do DCPIP variando de mais intenso (+++) ao menos intenso (+), observado visualmente. Tabela 06: Índices de emulsificação (E24h). Letras diferentes indicam diferenças estatísticas significativas entre os tratamentos. Análise de variância e teste Tukey com significância de 0,05. A1, A2, A3, A4, A5 – Consórcios bacterianos testados; SDS (0,5%) – Controle positivo; BH – Controle negativo. Tabela 07: Índices de hidrofobicidade celular dos consórcios. A1, A2, A3, A4, A5 – Consórcios bacterianos testados. Letras diferentes indicam diferenças estatísticas significativas entre os tratamentos. Análise de variância e teste Tukey com significância de 0,05. Tabela 08. Biodegradação do óleo diesel pelos consórcios. C – Controle abiótico; A1, A2, A3, A4, A

  • Consórcios bacterianos testados. Letras diferentes indicam diferenças estatísticas significativas entre os tratamentos. Análise de variância e teste Tukey com significância de 0,05. Tabela 09. Toxicidade dos sobrenadantes de cultura dos consórcios para A. salina****. CBH – controle com meio BH; CD – Controle com meio BH + diesel (1% v/v); A1, A2, A3, A4, A5 – Sobrenadantes dos respectivos consórcios. Cultivo a 30˚ C, por 24 h. Diluição em solução salina (2 % NaCl, pH 8,5). O sinal “ - ” indica que o valor de porcentagem e desvio padrão é igual zero. Valores sombreados indicam DL50 ou intervalo onde ela acontece. Tabela 10. Toxicidade dos sobrenadantes de cultura dos consórcios para L. sativa****. CD – Controle com diesel não biodegradado; A1, A2, A3, A4, A5 – Consórcios bacterianos testados. Letras diferentes indicam diferenças estatísticas significativas entre os tratamentos. Análise de variância e teste Tukey com significância de 0,05. Tabela 11. Comparação entre os consórcios em relação aos melhores resultados dos testes realizados. X – Xileno; H – Hexano; D – Diesel; Biod. – Teste de biodegradação do diesel. Tabela 12. Proteínas envolvidas na degradação de xenobióticos. # - Sequência em que aparece na lista do apêndice 0 2 ; Esp. – Espécie na qual foi identificada; MM kDa – Massa molecular em kDa; Am.
  • Amostra onde foi identificada.

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 01: Curva padrão para determinação das concentrações de DCPIP. Concentrações de 0,5, 5 e 25mg.L-^1 de DCPIP foram usadas. Absorbância medida em espectrofotômetro (l=600nm). Gráfico 02: Índices de emulsificação em 24 h. A1, A2, A3, A4, A5 – Consórcios bacterianos testados. SDS (0,5 %) – Controle positivo; BH – Controle negativo. Letras diferentes indicam diferenças estatísticas significativas entre os tratamentos. Análise de variância e teste Tukey com significância de 0,05. Gráfico 03: Índices de hidrofobicidade celular. A1, A2, A3, A4, A5 – Consórcios bacterianos testados. Letras diferentes indicam diferenças estatísticas significativas entre os tratamentos. Análise de variância e teste Tukey com significância de 0,05. Gráfico 04: Taxas de biodegradação do óleo diesel pelos consórcios. A1, A2, A3, A4, A5 – Consórcios bacterianos testados. Cultivo a 30˚ C, 150rpm, por 7 dias. Letras diferentes indicam diferenças estatísticas significativas entre os tratamentos. Análise de variância e teste Tukey com significância de 0,05. Gráfico 05: Toxicidade dos sobrenadantes de cultura dos consórcios para A. salina****. CBH – Meio BH; CD – Meio BH + diesel (1% v/v); A1, A2, A3, A4, A5 – Sobrenadantes dos respectivos consórcios. Cultivo a 30˚ C, por 24h. Diluição em solução salina (2% NaCl, pH 8,5). Gráfico 06: Toxicidade dos sobrenadantes de cultura dos consórcios para L. sativa CD – Meio BH + diesel não degradado (1% v/v); A1, A2, A3, A4, A5 – Sobrenadante dos respectivos consórcios. Condições de cultivo dos consórcios: 150 rpm, 30˚ C, 7 dias. Condições de cultivo das sementes: 27˚ C, por 7 dias, no escuro. Letras diferentes indicam diferenças estatísticas significativas entre os tratamentos. Análise de variância e teste Tukey com significância de 0,05. Gráfico 07. Identificação dos gêneros constituintes do consórcio A3 baseada no perfil de proteínas ribossomais. No gráfico é apresentada a distribuição das proteínas ribossomais entre os gêneros bacterianos identificados através da busca no banco de dados Uniprot. O software utilizado para fazer as buscas foi Mascot ( Matrix Science , London, UK; versão 2.5.1). Banco de dados pesquisado foi “ Bacteria ” do Uniprot. Pesquisado em 20/03/. Gráfico 08. Identificação das espécies constituintes do consórcio A3 baseada no perfil de proteínas ribossomais. No gráfico é apresentada a distribuição de proteínas ribossomais entre as espécies de cada um dos três gêneros mais prevalentes_._ O software utilizado para fazer as buscas foi Mascot ( Matrix Science , London, UK; versão 2.5.1). Banco de dados pesquisado foi “ Bacteria ” do Uniprot. Pesquisado em 20/03/2020. Gráfico 09. Distribuição de proteínas ribossomais entre todas as espécies dos três gêneros mais prevalentes****. O software utilizado para fazer as buscas foi Mascot ( Matrix Science , London, UK; versão 2.5.1). Banco de dados pesquisado foi “ Bacteria ” do Uniprot. Assumiu-se a tripsina como enzima de digestão proteolítica. Pesquisado em 20/03/2020.

ABSTRACT

Over the last few decades, pollution caused by hydrocarbons has been reported as one of the main environmental problems in the world. The sources of hydrocarbon contamination are as varied as possible, such as oil leaks, underground fuel tank leaks, waters contaminated by the production of oil and gas, among others. These activities can cause serious environmental and economic problems for terrestrial and marine ecosystems. The effects of these activities depend on the level of contamination, location of the accident and, above all, the environmental conditions at the time o the accident. Diesel is a fuel derived from oil and is among the most consumed of all fuels. In the Amazon region, its consumption is certainly higher due to the large amount of vessels powered by diesel oil, which can be an aggravating factor for environmental problems in the region. Alternatives that are able to promote the degradation of hydrocarbons, without further aggravating the environmental problem, is of extreme importance in the current scenario. Among the most used techniques in this decontamination process, bioremediation has gained prominence. There is, however, a consensus in the literature that no microorganism has the capacity to fully metabolize oil. Hence, the constant search for the isolation of consortia that promote the degradation of a greater amount of xenobiotics present in oil and its derivatives. Therefore, the objective of this work was to select a bacterial consortium capable of effectively degrading hydrocarbons present in diesel and then make a proteomic analysis of this selected bacterial consortium. The consortia were collected in the vicinity of the Port of Ceasa in the city of Manaus, Brazil. In total 5, consortia were collected, and all of them were able to use diesel as a carbon source, especially A3, which was superior to the others. The results presented for this consortium were the best for DCPIP reduction, emulsification (in xylene, hexane and diesel), cellular hydrophobicity (in xylene, hexane and diesel), diesel solubilization and in the toxicity test with L. sativa. The diesel degradation rate by the A3 consortium, in just 7 days, was higher than 70%. From the analysis of the proteome of this consortium, 890 proteins were identified. These proteins all belong to the species Acinetobacter baumannii , Burkholderia cenocepacia and Cupriavidus taiwanensis. Evidence was found for the degradation of 11 xenobiotic compounds present in diesel, distributed between aliphatic and aromatic compounds. The detailed analysis of the participation of proteins identified in the metabolic routes used by each species, enabled the proposition of a synergistic action between the three strains that make up the A3 consortium for the metabolism of diesel. Thus, the A3 consortium has a huge potential for the recovery of areas affected by diesel or other petroleum hydrocarbons. Keywords: proteomics; microbial consortium; diesel degradation; bioremediation; xenobiotic

1. INTRODUÇÃO

A produção mundial de petróleo ultrapassa os 88 milhões barris por dia. A produção brasileira é de aproximadamente 2,9 milhões de barris por dia, o que coloca o Brasil no 8º lugar no cenário mundial. Esse volume de óleo produzido corresponde a aproximadamente 32 % da demanda energética mundial. No século atual, com o progresso da civilização humana, há um aumento gradual na demanda global de energia de petróleo como fonte de combustível para aquecimento, combustível para transporte e produto de partida para indústrias químicas. Toda essa demanda aumenta as possibilidades de derramamentos e perdas. Entre os derivados de petróleo o óleo diesel é amplamente usado em todo o mundo como combustível. Devido à sua grande demanda como fonte de energia, a contaminação por esse combustível em específico ocorre muitas vezes como resultado da produção, manutenção, transporte, armazenamento e liberação acidental, levando a impactos ecológicos significativos. A poluição causada pelos hidrocarbonetos tem sido relatada como um dos principais problemas ambientais no mundo há algumas décadas. A contaminação por hidrocarbonetos tornou- se uma questão ambiental mundial devido aos potenciais efeitos tóxicos em animais, seres humanos, plantas e microrganismos. Um derramamento de óleo na costa brasileira no final de agosto de 2019 mostrou que não estamos preparados para responder de modo rápido e efetivo diante de um cenário envolvendo o derramamento de óleo em grandes proporções. Nesse caso em específico, onde uma grande quantidade de petróleo bruto começou a se espalhar afetando mais de 2.000 km de costa brasileira, impactando mais de 40 áreas protegidas, a reação do governo brasileiro se mostrou muito lenta. Só após dois meses desde que os primeiros sinais de derramamento foram registrados é que o governo iniciou um plano de contingência do óleo. Na ausência de ações coordenadas do governo, membros da sociedade civil coletaram mais de 1000 toneladas de óleo de praias e manguezais, muitas vezes com equipamentos de segurança inadequados e, portanto, expondo-se a possíveis danos à saúde. A Amazônia legal concentra vários campos de exploração e refino de petróleo, e isso tem cobrado seu preço. Diversos incidentes envolvendo o derramamento de óleo na região foram relatados nas últimas décadas. Para minimizar ou remediar o impacto causado na região, assim como em qualquer outra área afetada, são necessárias medidas para fornecer alertas às autoridades ambientais e às comunidades locais. O processo na tomada de decisão para recuperação de uma área que foi afetada tem que se basear em informações úteis e atuais. Essas decisões precisam ser

2. REFERENCIAL TEÓRICO

2.1. ÓLEO DIESEL: CARACTERISTICAS GERAIS

Entre os combustíveis derivados de petróleo o óleo diesel é usado principalmente em motores com alta velocidade de rotação (acima de 1000 rpm), como em carros e navios (Ahmed e Fakhruddin, 2018). Os motores a diesel são amplamente utilizados no transporte, bem como em sistemas estacionários (geradores, etc.) para a produção de eletricidade. Além disso, é reconhecido que óleo diesel estará em uso comercial como a principal fonte de energia por pelo menos mais duas décadas ( Yaqoob et al ., 2021). O consumo global de diesel aumentou em 23 % durante 2000

  • 2008, enquanto o aumento da demanda de gasolina foi de apenas 7% no período correspondente (IEA, 2008). As demandas esperadas de diesel entre 2012 e 2035 são > 5 milhões de barris/dia (Ramadass et al ., 2017). De um modo geral os hidrocarbonetos de petróleo e seus derivados são subdivididos com base nas faixas específicas de número ou fração de carbono. As frações contendo número de carbono de C 6 a C 10 são classificadas como frações voláteis (Fração 1). A fração 2 é semivolátil e inclui o número de carbono acima de C 10 (C 10 - C 16 ). A fração 3 compreende o número de carbono

C 16 a C 34 , sendo denominados como uma fração não volátil. A fração 4, considerada a de mais baixa volatilidade e solubilidade de todas as outras frações, possui um número de carbono > C 35 (Logeshwaran et al ., 2018). O número de cadeias carbônicas no diesel é variável (Imron et al ., 2020). Além disso, o teor de carbono normalmente está na faixa de 83- 87 %, e o teor de hidrogênio varia entre 10 e 14 %, e ainda podem ser encontradas pequenas quantidades variáveis de nitrogênio, oxigênio, enxofre, como substâncias não metálicas, e Ni, Fe e V, como substâncias metálicas, que às vezes são adicionadas como aditivos (Imron et al ., 2020; Ahmed e Fakhruddin, 2018). A composição molecular dos hidrocarbonetos no diesel é dividida em três classes diferentes que são saturadas, insaturadas e aromáticas (Ahmed e Fakhruddin, 2018). Nos hidrocarbonetos saturados, todos os átomos de C têm ligação simples, enquanto nos hidrocarbonetos não saturados um ou mais átomos de C têm ligação dupla ou tripla. Essas classes são divididas novamente em grupos diferentes com base em sua forma, como alcanos, alquenos, aromáticos (mono-aromáticos), tiol e forma polar (Logeshwaran et al ., 2018). O diesel contém de 2.000 a 4.000 hidrocarbonetos com aproximadamente 24 % de n - alcano, 46 % de isoalcanos + cicloalcanos e 30 % de aromáticos (Imron et al ., 2020; Imron et al., 2019;

Logeshwaran et al ., 2018; Titah et al ., 2018), que são destilados em temperaturas que variam de 130 a 380 oC (Kebria et al ., 2009; Menezes et al ., 2006). Além disso, os hidrocarbonetos do diesel possuem baixa solubilidade em água, alto coeficiente de adsorção e alta estabilidade do anel aromático (Ziabari et al ., 2016; Kebria et al ., 2009). Por essas características, o diesel tem sido considerado também um poluente prioritário, que exerce efeitos bioquímicos nos seres humanos e em outros organismos vivos (Ziabari et al ., 2016). Seus componentes são potencialmente carcinogênicos, tóxicos (Imron et al., 2019; Titah et al ., 2018) e contêm uma longa cadeia de hidrocarbonetos de difícil degradação (Imron et al., 2019; Ramasamy et al ., 2017). Os hidrocarbonetos presentes no diesel podem ser agrupados ainda em alifáticos ou aromáticos, de acordo como a estrutura da cadeia carbônica. Por essa outra classificação os hidrocarbonetos presentes no diesel são compostos por 74 % de hidrocarbonetos alifáticos, 24 % de hidrocarbonetos aromáticos e 2 % de outros compostos. Os n - alcanos representam a maior porção dos hidrocarbonetos alifáticos presentes no diesel, e possuem cadeias lineares com vários comprimentos/números de átomos de carbono saturados (Logeshwaran et al., 2018). A quantidade de cadeias carbônicas de alifáticos presentes no diesel é variável; entre C 11 e C 25 (Ramasamy et al.

  1. e entre C 10 a C 20 (Bhuvaneswar et al. (2012). Já os hidrocarbonetos aromáticos podem ser classificados com base no arranjo do anel de benzeno. Baseado nessa classificação, os compostos aromáticos são agrupados em duas categorias: hidrocarbonetos monoaromáticos (MAHs) que contêm um único anel aromático e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs) que contêm dois ou mais anéis aromáticos. Existem ainda aqueles que apresenta em suas estruturas químicas átomos diferentes de H/C (por exemplo, nitrogênio, enxofre). Esses compostos são chamados de aromáticos heterocíclicos, podendo ser da mesma forma, monoaromáticos ou policíclicos aromáticos (Morya et al ., 2020). 2.1.1. Compostos tóxicos e perigosos no diesel De acordo com a EPA/US a indústria de refino de petróleo é uma das dez principais fontes de liberação/emissão de produtos químicos tóxicos para o meio ambiente. Nos últimos anos, a poluição por hidrocarbonetos de petróleo tornou-se uma das preocupações globais mais sérias devido à sua toxicidade para microrganismos, bem como para formas superiores de vida, incluindo humanos. Entre os hidrocarbonetos associados ao petróleo, dezesseis PAHs estão listados como poluentes prioritários devido à alta estabilidade no meio ambiente (Varjani e Upasani, 2017). Estes

Os PAHs são contaminantes orgânicos amplamente difundidos no meio ambiente, reconhecidos por terem efeitos carcinogênicos e mutagênicos, e por bioacumular no tecido humano e animal. Os PAHs também têm impactos prejudiciais sobre a fauna e a flora dos habitats afetados, resultando na absorção e acumulação de produtos químicos tóxicos por meio de cadeias alimentares (biomagnificação) e, em alguns casos, problemas graves de saúde e/ou defeitos genéticos em humanos (Mojiri et al ., 2019). Entre os BTEXs, o benzeno é listado como um carcinógeno do Grupo 1 pela Agência Internacional de Pesquisa sobre o Câncer (IARC), e o etilbenzeno foi classificado como um possível carcinógeno para humanos (Grupo 2B). Além disso, todos os quatro componentes do grupo BTEX tem influências bem documentadas no sistema nervoso central e nas funções imunológicas, como tontura, atopia, eczema, asma, irritação aguda nos olhos e na pele (Ran et al ., 2018). Além desses efeitos já citados, o benzeno afeta adversamente a produção de sangue, o sistema nervoso central e o sistema linfático. O etilbenzeno é um potente carcinógeno e um de seus efeitos em humanos inclui perda auditiva (Morya et al., 2020). Os efeitos desses compostos sobre os animais aquáticos, também tem sido documentado, principalmente nos peixes. Entre os principais efeitos colaterais são citados comprometimento na capacidade respiratória, bem como, o equilíbrio iônico e o comportamento das espécies estudadas (Matsuo et al., 2006; Brauner et al., 1999). Há relatos ainda de que peixes expostos ao petróleo e derivados, ou apenas à fração solúvel em água destes compostos, podem ter sua a eficiência alimentar diminuída (Olsen et al., 2007) e consequentemente redução no crescimento desses peixes em decorrência da exposição aos compostos do petróleo. Foram relatados ainda distúrbios na habilidade respiratória, alterações hematológicas e prejuízos ao sistema imunológico (Cohen et al., 2005). Alterações morfológicas, mensuradas por meio de técnicas histopatológicas, já foram descritas em animais coletados após a ocorrência de derramamento de derivados de petróleo (Katsumiti et al., 2009). No solo os hidrocarbonetos bloqueiam a difusão do ar através dos poros, modificando também propriedades físicas e a condutividade hidráulica da umidade do solo. A modificação das características químicas e físicas do solo devido à poluição por hidrocarbonetos pode, portanto, afetar negativamente o crescimento das plantas (Grifoni et al ., 2020). Estudos tem indicado que contato direto de plantas com óleo pode causar uma série de efeitos adversos que incluem: murcha e senescência foliar, perda de folhas, raízes deformadas, redução das taxas de sobrevivência das

mudas por inibir a germinação das sementes, diminuição da eficiência da fotossíntese, efeitos ecotoxicológicos e mutações (Naidoo et al., 2010). Os animais marinhos também são diretamente afetados pela contaminação por hidrocarbonetos. Um estudo sobre comunidades de corais após o vazamento de óleo na plataforma Deepwater Horizon no ano de 2010, relatou os impactos significativos do óleo na superfície dos corais, resultando em morte e esqueletos cobertos de hidrozoários a 1370 m de profundidade (Fisher et al ., 2014). As aves marinhas são extremamente vulneráveis e sensíveis a derramamentos de óleo. A inalação ou ingestão de PAHs e outros constituintes oleosos pelas aves pode resultar na perda da capacidade de impermeabilização de suas penas, levando ao afogamento e hipotermia (Tran et al ., 2014). Os répteis incluindo tartarugas, crocodilos e cobras marinhas também são vulneráveis aos efeitos nocivos do petróleo na superfície ou em águas rasas. O óleo pode afetar a troca gasosa normal em tartarugas marinhas, levando ao sufocamento e danificando os ovos de tartaruga à medida que componentes tóxicos penetram nos embriões em crescimento (Putman et al., 2015). 2.2. POLUIÇÃO CAUSADA POR DIESEL Embora o óleo diesel seja uma das principais fontes de energia, ele desempenha um papel fundamental na poluição ambiental global (Bhuvaneswar et al ., 2012). A poluição causada por hidrocarbonetos do diesel, causa grave poluição ambiental e prejudica ecossistemas inteiros (Imron et al., 2019; Titah et al ., 2018; Isiodu et al., 2016). A quantidade de diesel liberada nos ecossistemas terrestres e aquáticos é estimada em 1,7 a 8,8 milhões de toneladas por ano (Imron et al., 2019; Titah et al ., 2018). Além dos impactos ambientais causados pelos derrames de óleo durante o processo de exploração, transporte e refino (Logeshwaran et al., 2018; Bao et al .,

  1. a comercialização dos produtos refinados (essencialmente os combustíveis) também causa impactos ambientais relevantes. Esses produtos oferecem riscos de contaminação dos solos pela forma como são distribuídos ao consumidor e como são armazenados (Liang et al ., 2011). Há evidências indicando que em algumas áreas os riscos de derrames são mais acentuados do que em outras áreas do mundo. Isso devido ao aumento do consumo do petróleo e de seus subprodutos nessas áreas (Bowen e Depledge, 2006; Kirby e Law, 2010). Tais riscos estão relacionados, por exemplo, a vazamentos de tanques de armazenamento nos postos de combustíveis e pequenos