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Algumas bactérias possuem o metabolismo dependente da presença de um determinado composto ou íon. Os testes realizados em bancada sobre o comportamento das bactérias, na presença e ausência de minério de ferro, confirmam essa necessidade nutricional, sendo que o metabolismo da Serratia marcescens é fundamentalmente dependente da presença do minério de ferro, o qual fornece alguns minerais essenciais (SILVA, 2009; ARAÚJO, 2007).

Estudo realizado por SILVA (2009) mostrou que nas amostras contendo éter-amina e meio de cultura líquido, houve biodegradação lenta, sendo que em 7 dias apenas 38% do insumo havia sido degradado, mas quando adicionado minério de ferro e sulfato ferroso, a biodegradação em 7 dias foi de 73% a 77%, respectivamente. Pode-se então concluir que a degradação pela ação de microrganismos foi intensificada pela presença de sais de ferro e minério de ferro, em relação à amostra com meio de cultura e éter-amina, pois, esses minerais forneceram os elementos essenciais para o metabolismo microbiano.

YOSHIMURA et al. (1980) estudaram a biodegradação de várias aminas graxas pela bactéria Pseudomonas putida. Após a constatação de que essa bactéria degrada alquilaminas primárias, que são aminas alifáticas, mas não degrada outros derivados, foram sugeridos duas prováveis vias de biodegradação, como: (1) ocorre desaminação oxidativa pela enzima amina oxidase, formando ácidos graxos correspondentes e amoníaco, ou (2) ω- oxidação do grupo metil terminal, resultando em ácido graxo ω-amino, seguido por β- oxidação em qualquer caso.

Mais recentemente VAN GINKEL et al. (2005) investigaram a degradação de alquilaminas por Pseudomonas sp e sugeriram que a bactéria inicia a degradação através da clivagem C- N, seguida pela oxidação da amina para aldeído e por fim a formação de ácido graxo. NISHIYAMA et al. (1995) utilizando uma amostra de lodo ativado de uma estação municipal de tratamento de efluentes domésticos de uma cidade do Japão, estudaram sobre a biodegradabilidade dos seguintes sais quarternátios de amônio: decil-, dodecil-, tetradecil- , hexadecil- e octadeciltrimetilamônio, em 117 horas de incubação. Foi observado, em

47 todos os experimentos, a formação de trimeti-, dimetil- e metilamina durante o processo de degradação, mas ao final das 117 horas, esses produtos não foram encontrados no meio, assim como o substrato adicionado inicialmente. Diante desses dados, foi proposto que o sal de trimetilamônio é inicialmente degradado em trimetilamina por N-dealquilação. Seguindo a rota de degradação, esse produto é então degradado à dimetilamina por N- dimetilação, a qual é metabolizada em metilamina pela mesma reação. Não foram desenvolvidos estudos de biodegradação com os microrganismos isolados desta amostra de lodo ativado, para observar quais são as etapas limitantes do processo de biodegradação desses sais. A Figura 3.8 ilustra o processo de degradação dos sais de trimetilamônio pela amostra de lodo ativado.

Figura 3.7. Proposta de degradação de sais de amônio por amostra de lodo ativado (Fonte: NISHIYAMA et al., 1995).

Nos estudos de WANG et al. (2007) foi analisado a provável rota de degradação da anilina presente em efluentes petroquímicos do nordeste da China, ricos em pentil-amina e anilina. A presença de ambos os compostos foi importante no processo de degradação, sendo que potencializou a quebra destes derivados de amina. A pentil-amina foi facilmente degradada em derivados simples, como CO2 e NO-3. Durante o processo de degradação da anilina, foram encontrados alguns produtos como p-aminofenol, m-aminofenol, o-aminofenol, ácido oxálico, ácido malônico, ácido fórmico e outros produtos simples, como NH+4 e NO- 2/NO-3. Com base nestes produtos, a via de degradação da anilina foi descrita da seguinte forma: a anilina é desaminada, formando o p-aminofenol, que então é clivado em ácido oxálico e malônico, e em seguida transformados em HCO-3. Depois da desaminação, NH+4 é oxidado para NO-2 e NO-3. Essa possível rota de degradação indica que o grupo, chamado PN1001, caracterizado como membro da família Pseudomonas, possui um sistema multi- enzimas capaz de clivar toda a estrutura química da anilina, uma molécula relativamente resistente em sistemas de tratamento de efluentes.

48 O gênero Hyphomicrobium está amplamente distribuído na natureza pelo solo, água do mar, água doce, águas frescas, água ácida de minas e esgoto. Muitas cepas foram isoladas de habitats com deficiência de nutrientes, o que representa que são bons modelos para o estudo da adaptação microbiana às condições de estresse. São organismos Gram-negativos que são capazes de crescimento aeróbio, mas o crescimento em condições anaeróbias na presença de nitrato também é observado. Algumas cepas são capazes de formar uma ligação permanente às superfícies sólidas e têm sido observadas em seu habitat natural acompanhadas de fungos e algas. A característica marcante desse gênero é a capacidade de utilizar compostos de apenas um carbono, como metanol e metilamina, como a única fonte de carbono e energia (MOORE, 1981).

MEIBERG e HARDER (1978) analisaram a degradação aeróbia da trimetilamina e dimetilamina pela Hyphomicrobium, utilizadas como única fonte de carbono e energia. Através da cinética de utilização da trimetilamina, foi observado que há uma conversão estequiométrica desta amina em dimetilamina durante a fase exponencial de crescimento microbiano, o que torna aparente que o microrganismo foi incapaz de metabolizar a dimetilamina e o crescimento foi exclusivamente devido à conversão da trimetilamina em dimetilamina. Após a diminuição da concentração de trimetilamina, o catabolismo da dimetilamina foi estimulado. Assim, acredita-se que quando a trimetilamina era indetectável, o crescimento exponencial microbiano ocorreu exclusivamente à custa da dimetilamina. Esses resultados sugerem que a dimetilamina é um intermediário do metabolismo da Hyphomicrobium, ao usar a trimetilamina. No mesmo trabalho, utilizando dimetilamina e metilamina como fonte de carbono e energia, foi observado mesmo perfil de acúmulo e degradação, sendo que a dimetilamina foi inicialmente degradada, transformada em metilamina, e após o decaimento dos níveis da primeira, a metilamina foi consumida pelo metabolismo bacteriano, o que afirma que a dimetilamina é um intermediário metabólico.

MEIBERG e HARDER (1978) realizaram os mesmos testes citado acima, mas em condições anaeróbias de crescimento. Foi observado um padrão complicado de utilização da trimetilamina, mas da mesma forma, o crescimento inicial se deu exclusivamente pela oxidação da trimetilamina em dimetilamina, e durante a oxidação desta, houve pequeno

49 acúmulo de metilamina no sistema, sendo utilizada concomitantemente à dimetilamina. Nestas análises, foi observado também inibição do crescimento bacteriano quando o aceptor de elétrons, o nitrato, havia esgotado, mesmo ainda havendo carbono suficiente para suportar o crescimento e que a presença de nitrito inibiu completamente o crescimento do Hyphomicrobium.

De acordo com os resultados encontrados para os metabolismos aeróbio e anaeróbio, MEIBERG e HARDER (1978) propuseram um esquema para o metabolismo de trimetil-, dimetil- e metilamina pelo Hyphomicrobium, conforme mostrado na Figura 3.9.

Figura 3.8. Esquema proposto para o metabolismo da metilamina, dimetilamina e trimetilamina por Hyphomicrobium. As enzimas da via são: (l), trimetilamina desidrogenase; (2) dimetilamina desidrogenase; (3) γ-glutamilmetilamida sintetase; (4) enzima ainda não caracterizada; (5) N-metilglutamato desidrogenase; (6) formaldeído desidrogenase; (7) formato desidrogenase (Fonte MEIBERG e HARDER, 1978).

Segundo VAN GINKEL e KROON (2005) existe uma interação metabólica entre os microrganismos que degradam compostos derivados de aminas graxas, sendo que esta relação pode ser de comensalismo ou de mutualismo. A maioria dos consórcios de

50 microrganismos degradadores de surfactantes possui relação de comensalismo, sendo que há produção e liberação no meio, por um microrganismo, de uma substância que outra espécie utiliza como substrato de crescimento (VAN GINKEL, 1996; NISHIYAMA et al., 1995). A relação de mutualismo foi encontrada entre comunidades microbianas em ambientes naturais, após estudos sobre a mineralização do alquilbenzenosulfonato linear e do cloreto de deciltrimetilamônio (HRSAK et al., 1982; DEAN-RAYMOND e ALEXANDER, 1977).

Ao analisar o metabolismo aeróbio do brometo de deciltrimetilamônio (DTM) por Pseudomonas e Xanthomonas, DEAN-RAYMOND e ALEXANDER (1977) observaram que apenas a segunda bactéria cresceu sozinha na presença deste insumo. Então, por meio de técnicas de cromatografia, avaliaram os subprodutos no substrato, uma vez que não ocorria completa degradação de DTM. Foram encontrados picos nos espectros dos substratos, que caracterizaram o 7-carboxiheptiltrimetilamônio e o 9- carboxinoniltrimetilamônio. Assim, sugeriram que essa bactéria oxida o carbono terminal da cadeia longa alquil do composto quaternário de amônio quebrando-o em unidades acetil pela β-oxidação. Ácidos carboxílicos, em pequenas quantidades, também foram encontrados no substrato. A presença destes compostos no substrato, liberados pelas Xanthomonas, pode ser de grande importância como substrato para o crescimento das Pseudomonas, pois, ambos os grupos de microrganismos em análise cresceram juntos na presença de DTM. Provavelmente existe uma relação de mutualismo entre eles, sendo que Pseudomonas fornece fatores de crescimento para Xanthomonas, e essas convertem o DTM em compostos utilizados pelo metabolismo das outras.

A relação entre os microrganismos de uma cultura mista provavelmente depende das condições ambientais. Por exemplo, em condições limitadas de fonte de carbono para uma cultura mista de Burkholderia cepacia e Stenotrophomona maltophila, não há dependência metabólica da primeira em relação à segunda, caracterizando uma relação comensal. Mas em condições limitadas de nitrogênio, B.cepacia depende metabolicamente da produção de amônio pelo metabolismo de S. maltophila, a qual é dependente da produção de dimetilamina pela anterior. Neste caso, caracterizam uma relação de mutualismo, onde um grupo dependente ativamente do outro (KROON e VAN GINKEL, 2001).

51 A Figura 3.10 ilustra as relações de comensalismo e mutualismo entre B. cepacia e S. maltophila em condições limitante de carbono e excesso de nitrogênio (A) e em condições limitantes de nitrogênio (B).

Figura 3.9. A. Cultura mista de B. cepacia e S. maltophila crescendo em meio com dodecildimetilamina como única fonte de carbono e energia em relação de comensalismo. B. Relação de mutualismo em uma cultura mista de B. cepacia e S. maltophila sob condições limitadas de nitrogênio. (Fonte: KROON e VAN GINKEL, 2001).

As bactérias são capazes de satisfazer suas necessidades de nitrogênio total, e também de carbono, através da degradação de aminas e amônia presentes no meio. DEO e NATARAJAN (1998) estudaram sobre a remoção biológica de coletores em partículas de minerais e puderam observar que os coletores derivados de aminas, acetato de dodecilamônio (DDA) e isododecil oxipropil aminopropil amina (DA16), foram removidos do sistema e foram também degradados pelo Bacillus polymyxa, bactéria utilizada nos experimentos. Há indícios que levam à conclusão que um aldeído é formado quando as aminas são oxidadas. A degradação da maioria das aminas forma H2O2 como produto metabólico e suspeita-se que este produto é destruído pela catalase endógena, uma enzima específica, conforme a equação 3.31:

52 Equação 3.31

Destruição de H2O2 pela enzima catalase endógena (Fonte: DEO E NATARAJAN, 1998a).

Segundo os autores, a biodegradação destes coletores ocorre por meio de reações em sequências de acordo com as condições ambientais, envolvendo descarboxilação, desaminação, hidrólise e oxidação. No entanto, o primeiro passo é sempre a degradação de um aminoácido e outros produtos formados a partir de aminoácidos. A Figura 3.11 ilustra este provável mecanismo de degradação da diamina utilizada (DEO e NATARAJAN, 1998a).

Figura 3.10. Provável mecanismo de degradação de diaminas. (Fonte: DEO E NATARAJAN, 1998a).

O NH3, produto da última reação, pode ser utilizado pelas bactérias como fonte de nitrogênio e o ácido acético (CH3COOH), também presente nesta reação, pode entrar diretamente no ciclo do ácido tricarboxílico (TCA) como fonte de carbono (DEO e NATARAJAN, 1998a). 2 2 2 2O H O 1 O2 H _catalase_{  }

53 Similarmente ao que foi apresentado para a diamina, a biodegradação da dodecilamina segue o esquema proposto na Figura 3.12, sendo que neste caso, o ácido acético entra diretamente no metabolismo bacteriano.

Figura 3.11. Provável mecanismo de degradação de dodecilamina (Fonte: DEO e NATARAJAN, 1998a).

As propostas apresentadas acima se referem à aplicação de culturas puras no processo de degradação. Porém o processo de degradação das aminas nas barragens de rejeito da flotação de minério de ferro, onde existe uma variedade de microrganismos, ainda não é conhecido, assim como quais fatores, biológico e/ou químico que teriam maior influência no processo, e, principalmente, quais produtos estariam sendo formados.