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Doctoral Thesis
DOI
Document
Author
Full name
Danae Kala Rodríguez Bardají
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2018
Supervisor
Committee
Stehling, Eliana Guedes (President)
Savazzi, Eduardo Angelino
Martinis, Elaine Cristina Pereira de
Paschoal, Jonas Augusto Rizzato
Silva, Maria Bernadete Amancio Varesche
Spiller, Valeria Reginatto
Title in Portuguese
Isolamento de bactérias com potencial para biodegradação de plásticos
Keywords in Portuguese
Bbiodegradação
Contaminação por plásticos
EIVTF
MEV
Perda de peso
Susceptibilidade antimicrobiana
Abstract in Portuguese
Os plásticos são moléculas poliméricas de cadeia longa. O plástico é versátil, leve, flexível, resistente à umidade, forte e economicamente viavel. Essas qualidades atraentes levam a um consumo excessivo de bens plásticos. No entanto, eles são duráveis e muito dificeis de degradar pelo que os materiais plásticos que são usados na fabricação de tantos produtos se tornam resíduos com poder de permanência. Nossa tremenda atração pelo plástico, juntamente com uma propensão inegável de consumir cada vez mais, descartar, jogar lixo e, assim, poluir, tornou-se uma combinação de natureza letal. A produção anual de plásticos duplicou nos últimos 15 anos, alcançando 245 milhões de toneladas, portanto, uma grande quantidade de plásticos é acumulada no meio ambiente gerando problemas ecológicos. O objetivo do presente estudo foi isolar bactérias de um aterro sanitário e de uma amostra de água contaminada com diesel com potencial para degradar o polietileno e outros plásticos, como o polivinil e o poliuretano. Essas bactérias foram isoladas em Ribeirão Preto, SP, utilizando filmes dos três tipos de plástico como fonte de carbono e meio mínimo de sais (MMS). Após a extração do DNA genômico foi utilizada a técnica de reação em cadeia da polimerase (PCR) para detectar o gene alkB e as bactérias que apresentaram esse gene foram identificadas e incubadas com os filmes dos plásticos (polietileno, poliuretano e policloreto de vinil) e o meio MMS (90mL) por 6 meses. Após a incubação foram realizadas as análises de perda de peso, dos espectros obtidos por Espectroscopia de Infravermelho com Transformada Fourier (EIVTF) e das micrografias obtidas por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) para avaliar a capacidade de biodegradação dos isolados. Foram realizados também testes de suscetibilidade antimicrobiana para conhecer o perfil de resistência dos isolados. Dois isolados bacterianos apresentaram o gene alkB e foram identificados como Paenibacillus sp. S5 e Bacillus cereus A1, respectivamente, utilizando o sequenciamento do gene 16S rDNA. Após o período de incubação foi detectada uma diferença significativa no peso final em relação ao peso inicial para os 3 tipos de plástico e também foram observadas alterações químicas pela EIVTF, como o aparecimento de novos grupos funcionais e rupturas de ligações, sendo essas alterações mais evidentes para os filmes de polietileno. Através da MEV foram visualizadas mudanças físicas, como formação de poros e fissuras, e colonização bacteriana na superfície plástica em todos os casos, especialmente nos filmes de polietileno. Os resultados mais promissores foram obtidos com o isolado Paenibacillus sp. S5, na biodegradação dos três plásticos testados. Esse isolado apresentou suscetibilidade a todos os antibióticos testados, exceto para amicacina e B. cereus A1 foi resistente a 7 dos 12 antibióticos testados. Portanto, as bactérias do presente estudo, especialmente o Paenibacillus sp. S5 podem ser utilizadas em processos de biodegradação para a eliminação de plásticos do meio ambiente.
Title in English
Isolation of bacteria with potencial for biodegradation of plastics
Keywords in English
Antimicrobial susceptibility
Biodegradation
FTIR
Plastic contamination
SEM
Weight loss
Abstract in English
Plastics are man-made long chain polymeric molecules. Plastic is versatile, lightweight, flexible, moisture resistant, strong, and relatively inexpensive. Those are the attractive qualities that lead us, around the world, to such a voracious appetite and over-consumption of plastic goods. However, durable and very slow to degrade, plastic materials that are used in the production of so many products all, ultimately, become waste with staying power. Our tremendous attraction to plastic, coupled with an undeniable behavioral propensity of increasingly over-consuming, discarding, littering and thus polluting, has become a combination of lethal nature. The annual production of plastics has doubled over the past 15 years to 245 million tons due to their great physical and chemical properties, thus a large amount of plastic gets accumulated in the environment generating plastic waste ecological problems. The purpose of this study was to isolate bacteria from a waste disposal area and also from diesel contaminated water with potential to degrade polyethylene and other plastics as polyvinyl and polyurethane. These bacteria were isolated in Ribeirão Preto, SP, Brazil using plastic discs as a carbon source and a minimal salt medium (MSM). After genomic DNA extraction, PCR reactions were performed to detect the alkB gene and bacteria that showed this gene were identified and incubated with plastic discs (polyethylene, polyurethane and polyvinyl chloride 5cm discs) and MSM (90mL) for 6 months. After incubation, lose weight measurement analysis, Fourier Transforms Infra-red (FT-IR) analysis, Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis and antimicrobial susceptibility tests were performed to evaluate the biodegradation capacity and the resistance profile of the isolates. Five bacteria were isolated from soil however, only one showed the alkB gene. From water just one bacterium was isolated which presented the alkB gene. These bacteria were identified as Paenibacillus sp. S5 and Bacillus cereus A1 respectively using the 16S rDNA gene sequencing. A significant difference in final weight compared to initial weight was assessed for the 3 types of plastic in both cases. Chemical changes were observed by FTIR. The appearance of new functional groups and bond scissions were more evident for polyethylene films. SEM visualized physical changes, such as formation of pits and cracks, and bacterial colonization on the plastic surface in all cases especially for polyethylene films. Biodegradation experiments demonstrated the best results for Paenibacillus sp. S5 for the three plastics tested. Paenibacillus sp. S5 showed susceptibility to all antibiotics tested except to amikacin and B. cereus A1 was resistance to seven from 12 antibiotics tested. Hence these bacteria, especially Paenibacillus sp. S5 can be used for biodegradation process as a promising tool for the elimination of plastic from the environment
 
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Release Date
2021-05-21
Publishing Date
2019-08-09
 
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