Resumo: Os nanomateriais estão sendo amplamente utilizados em nosso cotidiano, com diferentes finalidades. A nanopartículas de prata (NPAg) é conhecida por suas propriedades antimicrobianas e é uma das mais comuns em produtos de consumo, tais como tecidos utilizados em roupas para prática de esportes, produtos médicos, produtos para bebês e muitos outros. O uso generalizado de NPAg pode aumentar sua liberação para ambientes naturais e às estações de tratamento de águas residuárias, onde podemos encontrar bactérias do ciclo do nitrogênio. Entre elas são bactérias oxidadoras de amônio (BOA), que são consideradas extremamente sensíveis às mudanças no ambiente. Como as NPAgs afetam a atividade dessas bactérias, importantes agentes reguladores do nitrogênio na natureza, este trabalho visa avaliar sua inibição em processo em batelada e em processo contínuo perante uma cultura pura de Nitrosomonas europaea e também uma cultura enriquecida em BOA, utilizando nanopartícula comercial. Para isso foram feitos testes inibição em batelada e em contínuo, de tempo de exposição, testes cinéticos, de microscopia e expressão gênica, expondo a bactéria à NPAg e Ag+ . Os ensaios com cultura pura, nas concentrações de 0,075 mgAgNO3.L -1 (íon de prata), 0,075, 0,25, 0,50 e 0,75 mgAg_NPAg.L -1 . Os resultados indicaram que as NPAg apresentam toxicidade elevada sobre a N. europaea, reduzido a velocidade de oxidação de amônia de 80,95 mgNO2 – .L -1 .d-1 para 46,43 mgNO2 – .L -1 .d-1 quando exposto à 0,75 mgAg_NPAg.L -1 (inibição foi de 42%). A concentração necessária para inibir a atividade em 50% (KI50) foi de 0,85 mgAg_NPAg.L-1 . Íons de prata geraram 100% de inibição da cultura. A expressão gênica corroborou com esses resultados, indicando que existem outros caminhos metabólicos sendo utilizados pela bactéria na presença desse tóxico, podendo haver formação de N2O, gás do efeito estufa. A cultura mista também apresentou maior suscetibilidade ao Ag+ do que à NPAg, sendo que a concentração necessária para inibir 50% da atividade foi de 0,36 mgAgNO3.L-1 e 10,75 mgAg_NPAg.L -1 , quase 30 vezes maior. Através de imagens produzidas MEV foi possível observar que a NPAg age sobre a membrana celular, causando ruptura da mesma em elevadas concentrações. Já o íon não apresentou danos relevantes à superfície da bactéria, agindo internamente. A comunidade nitritante perdeu atividade após a exposição contínua à 4,35 mgAg_NPAg.L -1 , indicando que o acúmulo de amônia, devido a redução da atividade bacteriana com consequente esgotamento do sistema estudado. Por fim, um teste de tempo de exposição indicou que a toxicidade da NPAg é exclusivamente dependente da dose aplicada, sendo independente do tempo de exposição.
Introdução: Partículas que possuem tamanho entre 1 e 100 nm, são chamadas nanopartículas. Essas estão cada vez mais presentes no nosso cotidiano, em produtos químicos, em equipamentos médicos e em produtos de consumo direto (protetores solares, tintas, tecidos, utensílios de cozinha, entre outros). Nanomateriais possuem potencial para melhorar a qualidade do ar, da água e do solo. Porém, a produção, uso e disposição devem ser controlados, uma vez que, apesar de possuir aplicações benéficas, eles podem ser prejudiciais tanto para o homem quanto para o meio ambiente (BISWAS e WU, 2005). O consumo de nanopartículas em bens de consumo ainda é crescente. Em 2006 o inventário publicado pelo projeto chamado The Project on Emerging Nanotechnolgies (http://www.nanotechproject.org/ news/archive/9231/ – acessado dia 02/06/2013; WIJNHOVEN et al.,2009) apontava 212 produtos com nanopartículas na sua composição e, se continuarmos com o mesmo nível de crescimento que temos hoje, em 2020 serão 3400 produtos consumíveis com nanopartículas. No mesmo documento, a organização indica que as nanopartículas de prata, devido suas propriedades antimicrobianas, são as mais utilizadas em produtos de consumo direto (24% dos itens listados no inventário). O mesmo projeto (http://www.nanotechproject.org) apresenta documento com as mais diversas aplicações de nanopartículas de prata, desde embalagens de produtos alimentícios, produtos esportivos (toalhas e tecidos), meias, mamadeiras, canecas, produtos de computação, películas para proteger telefones celulares, entre outros. Deste modo, observa-se que cada vez mais a nanotecnologia está presente no nosso dia-a-dia. Porém, como isso pode afetar a nossa saúde e o meio ambiente tem sido uma questão indagada em pesquisas recentes (MORONES et al., 2005; PANYALA et al., 2008; QUADROS et al., 2010; LOWRY et al., 2012; RIBEIRO et al., 2014). Pesquisas mostraram que a nanopartícula é liberada desses produtos em meios líquidos, principalmente. Benn e Westerhoff (2008) afirmaram que até 1,3 mgAg.L -1 foram liberadas para a água de lavagem de meias com NPAg. Kaegi e colaboradores (2010) detectaram a liberação de 0,145 mgAg.L -1 de fachadas pintadas com tintas com propriedades antimicrobianas para águas de chuvas. Como a prata é um ótimo agente antibacteriano, porém não seletivo, é capaz de prevenir contaminações bacterianas (hospitais e cozinhas) e também pode afetar comunidades microbianas fundamentais na natureza, como as bactérias do ciclo do nitrogênio, presentes no solo e também em sistemas de tratamento de efluentes líquidos. Deste modo, pesquisas vem sendo 25 realizadas para verificar como tais nanopartículas afetam o sistema de lodos ativados, na remoção de matéria orgânica, na nitrificação (ZHANG et al, 2014; YANG et al., 2014; ALITO e GUNSH, 2013) e também culturas puras de bactérias pertencentes ao ciclo do nitrogênio (YANG et al, 2013a). Em geral, o uso das bactérias nitrificantes por esses autores é justificado pelo seu conhecido metabolismo e também por serem indicativos de toxicidade a estes tipos de sistemas (CARUCCI et al., 2006). Dentre as metodologias para verificar essa inibição usualmente aplicam-se testes cinéticos, medindo-se consumo de substratos e formação de produtos. Tais testes, avaliam o processo na forma de causa e efeito, não expressando na realidade onde exatamente o composto tóxico está provocando o efeito da inibição. Metodologias de biologia molecular vem despontando nos trabalhos que estudam efeitos inibitórios em bactéria. A expressão dos genes permite verificar quais genes são estimulados ou não em determinadas situações adversas ao microrganismo, apontando qual rota metabólica está sendo utilizada, qual está sendo reprimida ou estimulada. Esse método se chama reação em cadeia da polimerase via transcriptase reversa quantitativa (RT-qPCR), o qual é utilizado em culturas puras de bactérias envolvidas no ciclo do nitrogênio (YANG et al., 2012b). Entretanto, ainda não foi apresentado na literatura dados que verifiquem a toxicidade de culturas mistas de bactérias oxidadoras de amônia, utilizando cinéticas de inibição em batelada e em processo contínuo Também não foram detectados nos estudos que analisam a relação entre parâmetros cinéticos com a expressão gênica O Laboratório de Tratamento Biológico de Resíduos (LTBR), pertencente ao EQA (UFSC), vem pesquisando a influência de micro poluentes sobre comunidades bacterianas presentes em tratamento de efluentes. Foi concluído um trabalho que avaliou a influência do antibiótico sulfato de colistina sobre processos microbiológicos de tratamento de efluentes, avaliando a toxicidade aguda e crônica sobre bactérias nitrificantes e metanogênicas (BRESSAN, 2012). Mais recentemente, foram pesquisados outros compostos que estão despontando como possíveis tóxicos para processos biológicos. Uma dissertação de mestrado, já disponível para consulta, verificou o efeito de nanopartículas de ferro sobre bactérias oxidadoras de amônia (PERAZZOLI, 2015). Na mesma linha, foi desenvolvido este trabalho, onde nanopartículas de prata, conhecidamente um agende antimicrobiano, foram utilizadas para os ensaios com bactérias oxidadoras de amônia. Para aprofundar a pesquisa, principalmente na 26 área de biologia molecular, fiquei um ano desenvolvendo minha pesquisa na Rice University (TX, EUA), sob orientação do professor Pedro J.J. Alvarez. Assim, no presente trabalho será investigado a inibição de nanopartículas de prata sobre culturas de bactérias oxidadoras de amônia, pura e mista, através de testes de em batelada e em processo contínuo, relacionando os resultados cinéticos, com dados de expressão gênica dos genes envolvidos no processo de nitritação.
Autora: CAMILA MICHELS.
Leia o estudo completo: efeito-inibitorio-de-nanoparticulas-de-prata-na-atividade-de-bacterias-oxidadoras-de-amonia
