Metagenômica da microbiota envolvida na redução de sulfato e produção de metano em reatores termofílicos de duas fases alimentados com vinhaça
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Data
2019-11-11
Autores
Silveira, Jessica Teixeira [UNIFESP]
Orientadores
Gregoracci, Gustavo Bueno [UNIFESP]
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
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Título de Volume
Resumo
The present work analysed the specific and functional composition of the microbes involved in vinasse treatment, sulfate removal and methane production, in a thermophilic anaerobic two-phase bioreactor. Biofilm samples were recovered at the end of reactor operation and DNA was extracted with CTAB-chloroform and phenol-chloroform protocols. Sequenced was performed using the shotgun protocol of the Illumina plataform. Data recovery including singlets improved 23,107 hits (7.5%) in R1 and 99,826 hits (6.5%) in R2, with statisticallly significant difference only for the abundance of Thermodesulfovibrio yellowstonii. In R1, a third of the microbiota was composed by T. yellowstonii, which was the main sulfate reducing bacterium (SRB). Still, other SRB were detected in lower abundances. Most SRB use hydrogen, formiate and glucose as substract for sulfate reduction. Ferrodoxins and adenil redutases were detected as sulfate reducing enzymes. Iron reducing species such as Geobacter sulfurreduens and Thermincola potens were also abundant in R1. Fermenting bacteria from Clostridia e Bacilli (Firmicutes) classes were the most abundant in both reactors, and their main fermentation pathway in both reactor was mixed acids fermentation. In R2, butanol biosynthesis and lactate fermentation were also representative pathways. Carbohydrate transformation occurred preferentially through the pentose-phosphate pathway, and through the serine-glyoxate cycle in both reactors. Hydrogenases were the most important funtions connected to respiration in theses reactors as well. Planctomycetaceae family species composed nearly a fifth of R2, suggesting anaerobic ammonium oxidation. Methanogenesis in R2 was performed by Methanobacteriaceae mainly, particularly Methanothermobacter thermautotrophicus. The main methanogenic pathway was performed by hydrogenotrophic archaea, likely due to high concentration of CO2, H2 e formiate. Heterodisulfide reductases were related to methanogenesis. Functional results overall corroborated operational data measured in the reactors.
O presente trabalho analisou a composição específica e funcional da microbiota no tratamento da vinhaça, remoção de sulfato e produção de metano, em reator termofílico anaeróbico de duas fases. As amostras do biofilme foram retiradas no final da operação do reator e o DNA foi extraído pelos protocolos CTABclorofórmio e fenol-clorofórmio. O sequenciamento foi realizado pela técnica shotgun na plataforma Illumina. A recuperação de dados pela análise de “singlets” apresentou 23.107 hits (7,5%) de R1 e 99.826 hits (6,5%) de R2, sendo observada diferença estatística significativa apenas para a abundância de Themodesulfovibrio yellowstonii. Em R1, um terço da microbiota foi composto por T. yellowstonii, correspondendo a principal redutora de sulfato (RDS). No entanto, outras RDS foram detectadas em menor abundância. A maior parte dos micro-organismos RDS utiliza hidrogênio, formiato e glicose como substrato para a redução do sulfato. Ferrodoxinas e Adenil redutases foram as enzimas detectadas na redução do sulfato. As espécies redutoras de compostos ferrosos Geobacter sulfurreduens e Thermincola potens foram também abundantes em R1. As bactérias fermentadoras das classes Clostridia e Bacilli (Firmicutes) apresentaram maior abundância em ambos os reatores, sendo a principal via de fermentação identificada correspondeu a fermentação de ácidos mistos em ambos os reatores. Em R2, biossíntese de butanol e fermentação do lactato também foram vias fermentativas representativas. A transformação do carboidrato ocorreu preferencialmente pela via pentose-fostato, pelo ciclo da serina-glioxilato e pelo metabolismo do pirutavo nos dois reatores. As funções ligadas a respiração apontaram maior importância das hidrogenases nos reatores. Espécies da família Planctomycetaceae, compuseram quase um quinto de R2, sugerindo oxidação anaeróbica de amônia. A metanogênese em R2 foi realizada pelas Methanobacteriaceae principalmente, com destaque para a espécie Methanothermobacter thermautotrophicus. A via principal de geração de metano ocorreu por meio das arqueias hidrogenotróficas, em função das possíveis elevadas concentração de CO2, H2 e formiato. As heterodisulfide reductases foram as mais relacionadas com a metanogênese Os resultados funcionais corroboraram os dados de operação aferidos nos reatores.
O presente trabalho analisou a composição específica e funcional da microbiota no tratamento da vinhaça, remoção de sulfato e produção de metano, em reator termofílico anaeróbico de duas fases. As amostras do biofilme foram retiradas no final da operação do reator e o DNA foi extraído pelos protocolos CTABclorofórmio e fenol-clorofórmio. O sequenciamento foi realizado pela técnica shotgun na plataforma Illumina. A recuperação de dados pela análise de “singlets” apresentou 23.107 hits (7,5%) de R1 e 99.826 hits (6,5%) de R2, sendo observada diferença estatística significativa apenas para a abundância de Themodesulfovibrio yellowstonii. Em R1, um terço da microbiota foi composto por T. yellowstonii, correspondendo a principal redutora de sulfato (RDS). No entanto, outras RDS foram detectadas em menor abundância. A maior parte dos micro-organismos RDS utiliza hidrogênio, formiato e glicose como substrato para a redução do sulfato. Ferrodoxinas e Adenil redutases foram as enzimas detectadas na redução do sulfato. As espécies redutoras de compostos ferrosos Geobacter sulfurreduens e Thermincola potens foram também abundantes em R1. As bactérias fermentadoras das classes Clostridia e Bacilli (Firmicutes) apresentaram maior abundância em ambos os reatores, sendo a principal via de fermentação identificada correspondeu a fermentação de ácidos mistos em ambos os reatores. Em R2, biossíntese de butanol e fermentação do lactato também foram vias fermentativas representativas. A transformação do carboidrato ocorreu preferencialmente pela via pentose-fostato, pelo ciclo da serina-glioxilato e pelo metabolismo do pirutavo nos dois reatores. As funções ligadas a respiração apontaram maior importância das hidrogenases nos reatores. Espécies da família Planctomycetaceae, compuseram quase um quinto de R2, sugerindo oxidação anaeróbica de amônia. A metanogênese em R2 foi realizada pelas Methanobacteriaceae principalmente, com destaque para a espécie Methanothermobacter thermautotrophicus. A via principal de geração de metano ocorreu por meio das arqueias hidrogenotróficas, em função das possíveis elevadas concentração de CO2, H2 e formiato. As heterodisulfide reductases foram as mais relacionadas com a metanogênese Os resultados funcionais corroboraram os dados de operação aferidos nos reatores.