Enzimas de micro-organismos marinhos III

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Climatologia e MeteorologiaClimatologia e MeteorologiaEnzimas de micro-organismos marinhos III
Curso: Engenharia Ambiental e Sanitária
São Luís
2024
INTRODUÇÃO
Na bioestimulação, por outro lado, é feita a adição de nutrientes e outras moléculas, com o objetivo de estimular a biodegradação pela microbiota nativa (ALVAREZ; ILLMAN, 2006). De maneira geral, a bioaumentação é recomendada para locais que não apresentam os organismos necessários ao processo de biorremediação, enquanto que a bioestimulação é usada para suprimir demandas nutricionais da população de micro-organismos degradadores já presentes nos locais.
 Ambas as técnicas podem ser combinadas com outras estratégias de remediação como, por exemplo, o uso de barreiras de contenção. Entre estas duas técnicas, a bioestimulação parece ser a de melhor aplicação no ambiente marinho. Primeiramente, organismos selecionados em laboratório e reintroduzidos em um local contaminado normalmente não apresentam alta sobrevivência, sendo eliminados pelos organismos nativos mais competitivos. 
Além disso, os micro-organismos degradadores parecem ser comuns no ambiente marinho, tornando desnecessária a introdução de organismos selecionados em laboratório. Finalmente, nutrientes como o nitrogênio parecem ser os fatores limitantes de muitas populações naturais de organismos degradadores, e basta sua introdução para estimular esta microbiota e acelerar o processo de remoção dos contaminantes. Isto foi demonstrado nos esforços de recuperação de praias contaminadas com petróleo após o derrame do Exxon Valdez no Alaska, em 1989 (FUENTES et al., 2014). 
O comportamento de uma comunidade microbiana durante um processo de recuperação ambiental é um aspecto frequentemente levantado em relação com o uso de técnicas de biorremediação. Diversos gêneros de bactérias marinhas são relatados como biodegradadores de hidrocarbonetos de petróleo. Entre estes se destacam os organismos ditos hidrocarbonoclásticos obrigatórios, isto é, que crescem apenas a partir de poucos tipos de hidrocarbonetos. Estes organismos, que incluem Alcanivorax borkumensis, Oleiphilus messinensis, Oleispira antarctica e Thalassolituus oleivorans (YAKIMOV; TIMMIS; GOLYSHIN, 2007), são normalmente pouco abundantes em ambientes marinhos não contaminados, mas, como esperado, seu número é maior em locais contendo hidrocarbonetos. Durante as aplicações de nutrientes em processos de bioestimulação, a população de organismos degradadores aumenta de maneira significativa, retornando posteriormente às suas concentrações normais (FUENTES et al., 2014).
DESENVOLVIMENTO
As celulases são enzimas que constituem um complexo capaz de atuar sobre materiais celulósicos, promovendo sua hidrólise. Pertencem a este grupo as enzimas endoglucanases (EC 3.2.1.4), exoglucanases (EC 3.2.1.91) e beta β-glucosidases (EC 3.2.1.21). 
Estas são biocatalisadoras altamente específicas que atuam em sinergia para a liberação de açúcares, dos quais a glicose é o que desperta maior interesse industrial. Sua versatilidade é observada na diversidade de aplicações. Como exemplos, na indústria alimentícia são utilizadas na panificação, conferindo-lhes melhor textura, qualidade e vida útil aos pães. Assim como, atuam no processo de extração e clarificação de sucos juntamente com as pectinases. Na indústria de papel e celulose, atuam com hemicelulasee endoxilanase no processo de branqueamento do papel. Na indústria têxtil, as celulases atuam hidrolisando pequenas fibras da superfície do tecido (biostonewashing), fazendo com que ocorra a perda do índigo. Também são usadas no biopolimento que consiste no corte das microfibrilas presentes na superfície do tecido, tornando-o mais liso e agradável. Ainda apresentam grande potencial na sacarificação de resíduos celulósicos para produção de etanol de segunda geração. Este processo é de grande relevância, uma vez que constitui uma alternativa renovável de combustível. Devido às condições extremas de pH, temperatura, inibidores e especificidade com que os processos industriais são conduzidos, é fundamental que as enzimas utilizadas sejam resistentes a essas condições. 
Assim, existe demanda por novas fontes de enzimas capazes de melhorar os processos industriais. Neste contexto, a prospecção no ambiente marinho pode permitir acesso a moléculas diferenciadas mais tolerantes às condições industriais. No ambiente marinho as fontes de celulose podem ser oriundas da parede celular de macroalgas, microalgas, tunicados e do ambiente terrestre. A produção de celulases já foi relatada em várias bactérias de profundidade incluindo os gêneros Pseudoalteromonas e Bacillus. 
Por exemplo, Bacillus stratosphericus isolado de sedimentos (5.000 m) do Atlântico Sul apresentou atividade de endoglucanase, xilanase e lipase, sendo os genes clonados/expressos ativamente em E. coli (LIMA et al., 2013). Também a partir da bactéria Thermotoga maritima, a qual foi isolada de uma fossa termal, foram clonadas beta-glucosidases e xilanases (atua sobre hemicelulose) (GOYAL; SELVAKUMAR; HAYASHI, 2001). A partir da bactéria de profundidade Kocuria sp. também foi clonada uma endoxilanase com atividade ótima a 55ºC. Assim como para as demais enzimas apresentadas, programas de prospecção metagenômica também foram conduzidos com celulases. Como exemplo do sucesso, já foi descrito por mais de um grupo de pesquisa, a clonagem de beta-glucosidase a partir de biblioteca metagenômica funcional. Assim como, uma xilanase já foi alvo desta mesma estratégia de prospecção. No que se refere aos fungos (BONUGLI-SANTOS et al., 2015), podemos mencionar endoglucanases ativas à baixa temperatura produzidas por fungos associados a esponja marinha Haliclona simulans. Ou ainda Penicillium canescens de origem marinha próximo ao Japão, produtor de β-glucosidase ativa em pH 4,5.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Para a remoção dos contaminantes orgânicos, os micro-organismos utilizam o composto como fonte de carbono e energia, como no caso de hidrocarbonetos de petróleo, ou como aceptores de elétrons, como em muitos organoclorados. Às vezes o contaminante não é diretamente metabolizado pelo micro-organismos. Nestes casos, enzimas com certa inespecificidade, produzidas para o metabolismo de um determinado substrato, atuam na molécula contaminante de maneira fortuita, em um processo denominado de cometabolismo. Busca-se na biorremediação a conversão das moléculas tóxicas em substâncias inócuas como H2 O e CO2 , apesar de nem sempre isto ser possível. 
Em se tratando de contaminantes inorgânicos como os metais, o processo de biorremediação baseia-se em algum mecanismo de resistência natural dos microrganismos. Estes mecanismos incluem reações de oxidação, de redução, a quelação do elemento, o acúmulo intracelular e extracelular e a volatilização. Em todos os casos, as moléculas tóxicas não são destruídas e sim convertidas em outras menos tóxicas ou menos disponíveis biologicamente. Entre os organismos marinhos, estudados em relação com a resistência e remoção de metais podem ser destacados os gêneros Vibrio, Rhodobium e Rhodobacter (DASH et al., 2013).
A maior parte da pesquisa em biorremediação de ambientes marinhos é focada em derrames de petróleo. Duas técnicas têm sido aplicadas nestas situações, a bioaumentação e a bioestimulação. A bioaumentação é definida como a introdução de micro-organismos degradadores em um ambiente contaminado, com a finalidade de promover a destruição dos poluentes presentes. 
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