Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-06-24Bitstream added on 2014-06-13T20:49:57Z : No. of bitstreams: 1 horta_dg_me_araiq.pdf: 2518511 bytes, checksum: fa1ebc52d39182ac34d88e7bdd22c751 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho, o efeito dos íons Cl- e da espécie Acidichiobacillus ferrooxidans, linhagem LR, na dissolução da calcopirita foi investigado por técnicas eletroquímicas e ensaios de biolixiviação em frascos. Os agentes estudados (íons Cl- e células bacterianas) foram adicionados às células eletroquímicas ou aos frascos de lixiviação no decorrer dos experimentos em duas séries que se dintinguem quanto à ordem de adição. Na primeira série de as células bacterianas foram adicionadas anteriormente aos íons Cl- enquanto na segunda série os íons Cl- foram adicionados previamente. As técnicas de medidas simultâneas dos ruídos eletroquímicos de potencial e de corrente (ENA – Electrochemical Noice Analisy) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS – Electrochemical Impedance Spectroscopy) aplicadas ao eletrodo de pasta de carbono (CPE – Carbon Paste Electrode) modificado com o mineral de calcopirita foram utlizadas no monitoramento dos ensaios eletroquímicos. Em geral observou-se um comportamento de estado passivo durante os estágios iniciais de imerssão e após as adições de bactéria, caracterizado por baixos valores de corrente passiva e pouca dispersão de pontos nos gráficos de admitância. As células bacterianas adicionadas na ausência de íons Cl- provavelmente aderiram na superfície do CPE-calcopirita. As maiores dispersões nos gráficos de admitância além dos menores valores de resistência do ruído eletroquímico (Rn) e resistência de polarização (Rp) ocorreram após as adições de íons Cl- provavelmente como consequência do aumento da dissolução da calcopirita presente na pasta de carbono. Entretanto observou-se que o sitema apresenta uma tendência em alcançar um estado estacionário após as adições de íons Cl- e de células bacterianas. Os ensaios de biolixiviação em frascos... / In this work, the effects of Cl- ions and Acidithiobacillus ferrooxidans-LR in the oxidative dissolution of the chalcopyrite were evaluated utilizing electrochemical techniques and shaking flasks bioleaching experiments. These agents (Cl- ions or bacterial cells) were added to the electrochemical cells or to the leaching flasks in two experiments series changing the addition order. In the first serie, the bacterial cells were added previously to the Cl- ions while in the second serie the Cl- ions were added before. Electrochemical noise analysis (ENA) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) applied to the carbon paste electrode modified with chalcopyrite were utilized to monitor the electrochemical experiments. Some parameters were calculated from electrochemical analysis, such as admittance plots, noise resistance data (ENA) and polarization resistance (EIS). In general, it was observed a stable passive behavior, mainly during the initial stages of immersion, characterized by low passive current and low dispersion in the admittance plots, mainly after bacteria addition. This can be explained by the adhesion of bacterial cells on chalcopyrite electrodes, acting as a physical barrier. The higher dispersions in the admittance plots occurred when Cl- ions additions took place, when the current fluctuations became greater in number and amplitude, characterizing an active state behavior, probably as a consequence of the dissolution of passive layers spontaneously formed on electrode surface. However, there was a tendency of the system to reach the stationary state probably due to repassivation of the electrode some hours after Claddition. This result was also demonstrated by noise and polarization resistances. The shake flasks bioleaching were carried out over with periodic sample of the liquid phase. The supernatant was... (Complete abstract click electronic access below)

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-08-24Bitstream added on 2014-06-13T18:50:19Z : No. of bitstreams: 1 ribeironeto_wa_me_araiq.pdf: 385928 bytes, checksum: 31aa2d033d1770556324d25a26f258a0 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Devido ao esgotamento progressivo das jazidas de minérios de cobre com teores elevados (>2%), a aplicação de processos convencionais para a extração de cobre desses minérios, como a pirometalurgia, torna-se inviável devido ao alto custo dos gastos de energia envolvidos. Em função desse esgotamento, bem como do acúmulo de rejeitos de baixos teores (< 0,5%), a busca de processos alternativos para atender a demanda crescente desse metal em todo mundo tornou-se uma necessidade. Uma das alternativas mais viáveis envolve o uso de microrganismos capazes de solubilizar sulfetos metálicos de cobre, em decorrência de seus processos metabólicos oxidativos. O processo que utiliza esses microrganismos na recuperação do cobre de minérios de baixo teor ou de rejeitos é conhecido como biolixiviação e tem sido aplicado em escala industrial em vários países, em especial EUA e Chile, onde estão as maiores reservas mundiais de minério de cobre. Biolixiviação ou lixiviação bacteriana é o processo pelo qual bactérias, sobretudo as do gênero Acidithiobacillus e, principalmente, a espécie Acidithiobacillus ferrooxidans, oxidam sulfetos metálicos (CuFeS2, CuS, CuS2, PbS, ZnS entre outros) como fonte de energia, levando à solubilização desses metais. O A. ferrooxidans é uma espécie mesofílica, quimiolitotrófica e acidofílica que, além de sulfetos metálicos, oxida também íons ferrosos e compostos reduzidos de enxofre. Esse processo é uma alternativa viável para a extração de cobre, pois requer poucos gastos com insumos (ácidos e agentes oxidantes), apresenta reduzido gasto energético, baixo investimento de capital, baixo custo operacional e reduzida mão de obra especializada na operação. Dentre os minerais de cobre, o mais abundante e também o mais refratário ao ataque químico ou bacteriano é a calcopirita. Assim, muitos estudos foram desenvolvidos... / High-grade copper ores deposits (>2%) have been depleted for centuries. So, conventional processes to recover copper from low-grade ores such as pirometallurgy have become prohibitive due the elevated costs, since large amount of energy is spent in this process. As a result of this depletion, a huge amount of low-grade ores (<0.5%) as well waste materials from conventional process have been accumulated for years, waiting for an economic alternative method. In order to match up a constant increase in the copper world demand, the search for new methodologies has become an obligation. Among these alternatives, the use of microorganisms capable to copper sulfides dissolution is the most feasible one. This process, known as bioleaching or bacterial leaching, has been applied in industrial scale in several countries, such as USA and Chile, where the highest copper deposits are located. Bacterial leaching is developed by certain bacteria belong to the Acidithiobacillus genus, among others, mainly by species Acidithiobacillus ferrooxidans, which oxidize metal sulfides (CuFeS2, CuS, CuS2, PbS, ZnS, etc) as its energy source, solubilizing the corresponding metal. It is a mesophilic, chemolithotrophic and acidophilic bacterium that besides metal sulfides oxidize also ferrous iron and other reduced sulphur compounds as energy source. The viability of the process is related with the low costs operation: low capital investments, reduced needs for specialized works, low reagents and materials consumption, etc. Chalcopyrite is most abundant copper mineral and, at same time, the most refractory to chemical or bacterial attack. In this way, several studies have been devoted to understand the mechanisms involved in the mineral dissolution, as well to developed new methodologies to improve chalcopyrite dissolution. It was investigated in this study the effect of some chemical agents...(Complete abstract click electronic access below)

O consumo de produtos eletroeletrônicos, em especial de computadores pessoais, aliado ao avanço tecnológico, diminui a vida útil dos equipamentos a cada geração e o intenso marketing gera um rápido processo de substituição. As placas de circuito impresso são encontradas em praticamente todos os equipamentos eletroeletrônicos e são particularmente problemáticas para reciclar devido à mistura heterogênea de material orgânico, metais e fibra de vidro. As placas de circuito impresso são industrialmente recicladas através de processos hidrometalúrgicos e pirometalúrgicos. A biolixiviação, que é baseada na capacidade de microrganismos solubilizarem metais, pode ser usada para recuperar metais de placas de circuito impresso de computadores. O presente trabalho investigou a recuperação de metais de placas de circuito impresso de computadores obsoletos através de processo biohidrometalúrgico. Para isto, as placas de circuito impresso foram processadas através de cominuição seguida de separações magnética e eletrostática. A bactéria Acidithiobacillus ferrooxidans-LR foi cultivada e adaptada na presença de placas de circuito impresso. Um estudo de frascos agitados foi realizado com amostras do material não-magnético das placas de circuito impresso para avaliar a influência da adaptação bacteriana, densidade de polpa, velocidade de rotação e concentração inicial de Fe+2 sobre o processo de biolixiviação. Lixiviação com sulfato férrico também foi estudada para efeitos de comparação. Os parâmetros analisados foram: pH, Eh, concentração de Fe+2, extração de metais, análises por EDS e MEV. Os resultados da caracterização mostraram que através da separação magnética é possível obter duas frações: material magnético, na qual ficou concentrado o ferro, permitindo sua posterior recuperação, e material não-magnético, na qual ficou concentrado cobre, zinco, alumínio, estanho e ouro. Para a extração de cobre, zinco e alumínio, os resultados do estudo de frascos agitados permitiram a definição das condições: densidade de polpa de 15gL-1, volume de inóculo (bactérias adaptadas) de 10% (v/v), velocidade de rotação de 170rpm, e concentração inicial de Fe+2 de 6,75gL-1. A lixiviação com sulfato férrico extraiu menos de 35% do cobre do que a biolixiviação, porém é um fator contribuinte assim como a lixiviação promovida pelo ácido sulfúrico. Imagens obtidas no MEV mostraram diferenças entre as superfícies das amostras do material não-magnético antes e depois da biolixiviação, evidenciando os pits de corrosão formados pelo contato da bactéria. / Consumption of electric and electronic devices, especially personal computers, coupled with technological advances, decreases equipments lifespan in each generation and intense marketing generates a rapid replacement process. Printed circuit boards are found in all electric and electronic equipment and are particularly problematic to recycle because of the heterogeneous mix of organic material, metals, and fiberglass. Printed circuit boards are industrially recycled by hydrometallurgical and/or pyrometallurgical processes. Bioleaching, which is based on microorganisms capacity to dissolve metals into soluble elements, can be used to metal recovery from printed circuit boards of computers. This study investigated metal recovery from printed circuit boards of obsolete computers by biohydrometallurgical process. Printed circuit boards from obsolete computers were processed by size reduction followed by magnetic and electrostatic separation. Bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans-LR were grown and adapted in presence of printed circuit board. A shake-flask study was carried out with printed circuit board samples (non-magnetic material). Influence of bacterial adaptation, pulp density, rotation speed and initial Fe+2 concentrations on bioleaching were evaluated. Leaching in acidic ferric sulphate was also performed for comparison purposes. Analyzed parameters were: pH, Eh, ferrous iron concentration, metals extraction, EDS and SEM analysis. Characterization results shown that through magnetic separation, it is possible to obtain two fractions: magnetic material, which concentrated iron; and non-magnetic material, which concentrated copper, zinc, aluminum, tin and gold. Results obtained in the extraction of copper, zinc and aluminum allowed to define optimal conditions of bioleaching: pulp density of 15gL-1, inoculums volume (adapted bacteria) of 10% (v/v), rotation speed of 170rpm, and Fe+2 initial concentration of 6.75gL-1. Ferric iron leaching extracted less copper (35%) than bioleaching, but its a contribute factor as leaching promoted by diluted sulfuric acid. SEM analysis shown surface differences between non-magnetic material before and after bioleaching, showing corrosion pits formed by bacteria contact.

O consumo de produtos eletroeletrônicos, em especial de computadores pessoais, aliado ao avanço tecnológico, diminui a vida útil dos equipamentos a cada geração e o intenso marketing gera um rápido processo de substituição. As placas de circuito impresso são encontradas em praticamente todos os equipamentos eletroeletrônicos e são particularmente problemáticas para reciclar devido à mistura heterogênea de material orgânico, metais e fibra de vidro. As placas de circuito impresso são industrialmente recicladas através de processos hidrometalúrgicos e pirometalúrgicos. A biolixiviação, que é baseada na capacidade de microrganismos solubilizarem metais, pode ser usada para recuperar metais de placas de circuito impresso de computadores. O presente trabalho investigou a recuperação de metais de placas de circuito impresso de computadores obsoletos através de processo biohidrometalúrgico. Para isto, as placas de circuito impresso foram processadas através de cominuição seguida de separações magnética e eletrostática. A bactéria Acidithiobacillus ferrooxidans-LR foi cultivada e adaptada na presença de placas de circuito impresso. Um estudo de frascos agitados foi realizado com amostras do material não-magnético das placas de circuito impresso para avaliar a influência da adaptação bacteriana, densidade de polpa, velocidade de rotação e concentração inicial de Fe+2 sobre o processo de biolixiviação. Lixiviação com sulfato férrico também foi estudada para efeitos de comparação. Os parâmetros analisados foram: pH, Eh, concentração de Fe+2, extração de metais, análises por EDS e MEV. Os resultados da caracterização mostraram que através da separação magnética é possível obter duas frações: material magnético, na qual ficou concentrado o ferro, permitindo sua posterior recuperação, e material não-magnético, na qual ficou concentrado cobre, zinco, alumínio, estanho e ouro. Para a extração de cobre, zinco e alumínio, os resultados do estudo de frascos agitados permitiram a definição das condições: densidade de polpa de 15gL-1, volume de inóculo (bactérias adaptadas) de 10% (v/v), velocidade de rotação de 170rpm, e concentração inicial de Fe+2 de 6,75gL-1. A lixiviação com sulfato férrico extraiu menos de 35% do cobre do que a biolixiviação, porém é um fator contribuinte assim como a lixiviação promovida pelo ácido sulfúrico. Imagens obtidas no MEV mostraram diferenças entre as superfícies das amostras do material não-magnético antes e depois da biolixiviação, evidenciando os pits de corrosão formados pelo contato da bactéria. / Consumption of electric and electronic devices, especially personal computers, coupled with technological advances, decreases equipments lifespan in each generation and intense marketing generates a rapid replacement process. Printed circuit boards are found in all electric and electronic equipment and are particularly problematic to recycle because of the heterogeneous mix of organic material, metals, and fiberglass. Printed circuit boards are industrially recycled by hydrometallurgical and/or pyrometallurgical processes. Bioleaching, which is based on microorganisms capacity to dissolve metals into soluble elements, can be used to metal recovery from printed circuit boards of computers. This study investigated metal recovery from printed circuit boards of obsolete computers by biohydrometallurgical process. Printed circuit boards from obsolete computers were processed by size reduction followed by magnetic and electrostatic separation. Bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans-LR were grown and adapted in presence of printed circuit board. A shake-flask study was carried out with printed circuit board samples (non-magnetic material). Influence of bacterial adaptation, pulp density, rotation speed and initial Fe+2 concentrations on bioleaching were evaluated. Leaching in acidic ferric sulphate was also performed for comparison purposes. Analyzed parameters were: pH, Eh, ferrous iron concentration, metals extraction, EDS and SEM analysis. Characterization results shown that through magnetic separation, it is possible to obtain two fractions: magnetic material, which concentrated iron; and non-magnetic material, which concentrated copper, zinc, aluminum, tin and gold. Results obtained in the extraction of copper, zinc and aluminum allowed to define optimal conditions of bioleaching: pulp density of 15gL-1, inoculums volume (adapted bacteria) of 10% (v/v), rotation speed of 170rpm, and Fe+2 initial concentration of 6.75gL-1. Ferric iron leaching extracted less copper (35%) than bioleaching, but its a contribute factor as leaching promoted by diluted sulfuric acid. SEM analysis shown surface differences between non-magnetic material before and after bioleaching, showing corrosion pits formed by bacteria contact.

Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Química / In the first chapter, this thesis aims to demonstrate the great potential of Constraint-Based Reconstruction and Analysis (COBRA) methods for studying and predicting specific phenotypes in the bacterium Acidithiobacillus ferrooxidans. A genome-scale metabolic reconstruction of Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 23270 (iMC507) is presented and characterized. iMC507 is validated for aerobic chemolithoautotrophic conditions by fixating carbon dioxide and using three different electron donors: ferrous ion, tetrathionate and thiosulfate. Furthermore, the model is utilized for (i) quantitatively studying and analyzing key reactions and pathways involved in the electron transfer metabolism, (ii) describing the central carbon metabolism and (iii) for evaluating the potential to couple the production of extracellular polymeric substances through knock-outs. The second chapter work outlines the effort towards advancing the field of systems metabolic engineering by using COBRA methods in conjunction with chemoinformatic approaches to metabolically engineer the bacterium Escherichia coli. A complete strain design workflow integrating synthetic pathway prediction with growth-coupled designs for the production of non-native compounds in a target organism of interest is outlined. The generated enabling technology is a computational pipeline including chemoinformatics, bioinformatics, constraint-based modeling, and GEMs to aid in the process of metabolic engineering of microbes for industrial bioprocessing purposes. A retrosynthetic based pathway predictor algorithm containing a novel integration with GEMs and reaction promiscuity analysis is developed and demonstrated. Specifically, the production potential of 20 industrially-relevant chemicals in E. coli and feasible designs for production strains generation is outlined. A comprehensive mapping from E. coli s native metabolome to commodity chemicals that are 4 reactions or less away from a natural metabolite is performed. Sets of metabolic interventions, specifically knock-outs and knock-ins that coupled the target chemical production to growth rate were determined. In the third chapter, in order to aid the field of cancer metabolism, potential biomarkers were determined through gain of function oncometabolites predictions. Based on a chemoinformatic approach in conjunction with the global human metabolic network Recon 2, a workflow for predicting potential oncometabolites is constructed. Starting from a list of mutated enzymes genes, described as GoF mutations, a range of promiscuous catalytic activities are inferred. In total 24 chemical substructures of oncometabolites resulting from the GoF analysis are predicted.

Acidithiobacillus ferrooxidans is a gram-negative bacterium that is able to extract energy from oxidation of Fe²⁺ and reduced sulfur compounds and fix carbon dioxide from atmosphere. The facts that A. ferrooxidans thrives in acidic pH (~2), fixes carbon dioxide from the atmosphere and oxidizes Fe²⁺ for energy make it a good candidate in many industrial applications such as electrofuels and biomining. Electrofuels is a new type of bioprocess, which aims to store electrical energy, such as solar power, in the form of chemical bonds in the liquid fuels. Unlike traditional biofuels made from agricultural feedstocks, electrofuels bypass the inefficient photosynthesis process and thus have potentially higher photon-to-fuel efficiency than traditional biofuels. This thesis covers the development of a novel bioprocess involving A. ferrooxidans to make electrofuels, i.e. isobutyric acid and heptadecane. There are four major steps: characterization of wild-type cells, engineering of medium for improved electrochemical performance, genetic modification of A. ferrooxidans and optimization of operating conditions to enhance biofuel production. Each is addressed in one of the chapters in this thesis. In addition, applications of A. ferrooxidans in biomining processes will be briefly discussed. An economic analysis of various applications including electrofuels and biomining is also presented. Wild-type A. ferrooxidans were first characterized in both batch and continuous cultures. A modified 9-K medium suggested by American Type Culture Collection (ATCC) was used as a starting point which has 72 mM Fe²⁺ at pH 1.8. The Fe²⁺ concentration and pH were varied in the experiments to assess their impacts on growth rate, cell yield (g cells/g Fe²⁺) and maintenance (energy used to keep cell viability). Citrate was added to the growth medium to dissolve precipitates which can be problematic in a continuous operation. It was found out that cells exhibited higher cell yield (g cells/g Fe²⁺) and lower maintenance with higher pH and addition of citrate. This indicates that cells grow in a more energy-efficient manner at such conditions since cells spend less energy in maintenance and more energy in biomass formation. Next the growth medium containing 72 mM Fe³⁺ and 70 mM citrate at pH 2.2 was explored during the electrochemical reduction of Fe³⁺. It turned out that electrochemical reduction of Fe³+ could not be carried out effectively due to a low electrolyte conductivity and low energy density of the medium. Citrate was also found to negative affect electrochemical performance due to a strong complexation with Fe³⁺. The conductivity was improved by adding 500 mM Mg²⁺ to the medium. Vanadium was used as an alternative redox mediator that has a much better solubility than Fe³⁺ to improve the energy density. Genetic modification was achieved by introducing genes from two foreign pathways i.e. valine synthesis and fatty acid synthesis into A. ferrooxidans to enable cells to produce either isobutyric acid (IBA) or heptadecane. Transformed cells were characterized based on the findings in wild-type cells. Isobutyric acid production was found to increase with increasing pH and Fe²⁺ concentration and addition of citrate. Further optimization of the growth medium was done by increasing Fe²⁺ to 288 mM, holding pH at 2.2 and using gluconate as the iron chelator instead of citrate. An economic analysis was performed on the electrofuel process and applications of genetically modified A. ferrooxidans in copper biomining processes. At electricity prices of $0.05/kWh, further improvement in biological efficiency needs to be achieved before the electrofuel process may become economically viable. The use of genetically modified cells in copper biomining process could open new opportunities to co-produce valuable chemicals and copper from the reduced material associated with the copper ores. The chemicals co-produced during copper processing could be sold for additional revenue or used on-site.

Seminario de Título entregado a la Universidad de Chile en cumplimiento parcial de los requisitos para optar al Título de Ingeniero en Biotecnología Molecular. / Acidithiobacillus ferrooxidans es una bacteria quimiolitoautótrofa, acidófila, involucrada en un consorcio bacteriano capaz de biolixiviar metales como el cobre. Este microorganismo posee la capacidad de vivir en ambientes con altas concentraciones de metales. Por ello que esta bacteria es importante en procesos industriales de biolixiviación y por ende, su estudio resulta de utilidad en relación con esta biotecnología. Uno de los componentes más abundantes e importantes de la membrana externa de las bacterias Gram-negativas como A. ferrooxidans es el lipopolisacárido (LPS). Esta molécula consta de una parte integral hidrofóbica conocida como lípido A, y una parte hidrofílica dividida en dos, el “core” y el antígeno O. La síntesis de las distintas partes del LPS es catalizada por varias proteínas. Dentro de éstas, se encuentra la proteína RfaE, involucrada en la síntesis del “core” del LPS, la enzima Wzy, que polimeriza al antígeno O y la proteína Wzz, que determina el largo de cadena del antígeno O. Al ser la molécula más expuesta de la bacteria, el LPS está en contacto directo con el medio donde vive el microorganismo. Por lo tanto, interactúa directamente con eventuales metales presentes en el ambiente como el cobre, el oro, etc. Diversos estudios han revelado que modificaciones del LPS pueden afectar la adherencia de las bacterias a distintas superficies e incluso afectar la viabilidad de la célula. En base a estos antecedentes, para analizar si el LPS modifica su estructura y/o cantidad, se midieron mediante qRT-PCR los cambios transcripcionales de los genes wzy, wzz y rfaE de las cepas ATCC 23270 y ATCC 53993 de A. ferrooxidans, que codifican para las proteínas nombradas previamente, cuando la bacteria creció a distintas concentraciones de cobre. También se cuantificó y analizó la estructura del LPS de A. ferrooxidans. 2 Los resultados mostraron que la presencia de cobre provoca cambios transcripcionales significativos para los tres genes analizados en la cepa ATCC 23270 y sólo para el gen wzz en la cepa ATCC 53993. Tanto la estructura del LPS analizado, como el número de unidades repetidas del antígeno O, no presentaron cambios significativos en ambas cepas. La cantidad de LPS presente en la cepa ATCC 23270 es menor que en la cepa ATCC 53993, sin embargo, se observó un aumento parcial del LPS en la cepa ATCC 23270 cuando la bacteria crece a mayores concentraciones de cobre, mientras que la cepa ATCC 53993 no presentó cambios significativos en esta condición, sugiriendo que la cepa ATCC 23270 utilizaría el LPS como una forma de resistencia contra el cobre y que la cepa ATCC 53993 no aumentaría su cantidad de LPS, ya que de manera basal posee mayores cantidades de esta molécula. Estos resultados son una primera aproximación al posible rol que tendría el LPS en esta bacteria acidófila en la interacción con metales. / Acidithiobacillus ferrooxidans is a chemolithoautotrophic and acidophilic bacterium, involved in the microbial consortium capable of bioleaching metals such as copper. This microorganism has the ability to live at very high metal concentrations and therefore, plays a pivotal rol in bioleaching of minerals. One of the most abundant and important components of the outer membrane of Gram-negative bacteria such as A. ferrooxidans is the lipopolysaccharide (LPS). This molecule consists of an integral hydrophobic part known as lipid A, and a hydrophilic portion divided in to the “core” and the O-polysaccharide or O-antigen. The synthesis of the different parts of LPS is catalyzed by several proteins. Among these, RfaE protein is involved in the “core” synthesis of LPS. Wzy enzyme polymerizes the O antigen and Wzz protein is the O antigen chain lenght determinant. Being the most exposed molecule of the bacterium, LPS is in direct contact with the environment. Therefore, it can directly interact with the metals present in the environment. Some reports indicate that modifications of LPS can affect the attachment of bacteria to different surfaces and even their viability. Based on this background, to analyze whether the LPS structure and/or its quantity are modified in the presence of copper, transcriptional changes of wzy, wzz and rfaE genes from A. ferrooxidans ATCC 23270 and ATCC 53993, were measured in bacteria grown at different copper concentrations. The levels of LPS present in both strains of A. ferrooxidans were also quantified and their structure analyzed by electrophoresis in poliacrilamide gels. 4 The results showed significant transcriptional changes for the three genes analyzed in strain ATCC 23270 and only for the wzz gene in strain ATCC 53993. The LPS structure was analyzed by determining the number of repeated units of O antigen. No significant changes in the electrophoretic banding patterns were seen in both strains. The amounts of LPS present in strain ATCC 23270 was lower than that of strain ATCC 53993. However, the amounts of LPS were partially increased when strain ATCC 23270 was grown in high copper concentrations. On the contrary, strain ATCC 53993 did not show significant changes in the presence of the metal, suggesting that strain ATCC 23270 would use LPS as a way of copper resistance. Strain ATCC 53993 on the other hand, already has a higher basal amount of LPS. These preliminary results are a first approximation to study the posible role of LPS in its interaction with metals in this acidophilic bacteria.

Submitted by Hiolanda Rêgo (hiolandarego@gmail.com) on 2014-10-22T17:58:53Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_ICS_ Luiz Eduardo Lacerda de Oliveira.pdf: 2604227 bytes, checksum: 7c9c502a0ab174d9ab61202c3b062504 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-10-22T17:58:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação_ICS_ Luiz Eduardo Lacerda de Oliveira.pdf: 2604227 bytes, checksum: 7c9c502a0ab174d9ab61202c3b062504 (MD5) / CAPES / Acidithiobacillus ferrooxidans é uma das bactérias catalizadoras da reação de oxidação que leva à formação drenagem ácida mineira (DAM). Devido à capacidade oxidativa e lixiviante deste micro-organismo, a indústria passou a usá-lo na extração de minerais, por biolixiviação, com vantagens em relação aos métodos convencionais em alguns casos. A Bahia tem uma expressiva produção mineral, no entanto poucos são os relatos sobre a investigação sistemática de aspectos microbiológicos envolvidos na DAM neste estado. Com foco nisto, o objetivo desta pesquisa foi identificar bactérias envolvidas na formação de DAM na região de Jacobina – BA, e isolar a bactéria A. ferrooxidans, proveniente de locais que sofrem com este problema, para utilização em ensaio de biolixiviação a fim de avaliar a capacidade oxidativa deste isolado na recuperação de cobre. Para isto, uma amostra de sedimento foi coletada em uma barragem de rejeitos e caracterizada a nível molecular por Microarray, sendo encontrados 5 taxa, todos do domínio Bacteria, entre eles a espécie A. ferrooxidans, a qual foi isolada após enriquecimento em meio T&K e posterior purificação em meio sólido seletivo T&K-agarose. O crescimento bacteriano no enriquecimento foi acompanhado pela titulação de Fe2+ residual do meio com dicromato de potássio, por inspeção visual (mudança cor de verde claro para marrom avermelhado) e aumento do potencial redox. Durante o enriquecimento, a cultura chegou à fase estacionária em 2 dias após o inóculo. Em meio sólido, as colônias isoladas foram obtidas do 10º ao 15º dia de incubação. Análise molecular por qPCR confirmou que A. ferrooxidans foi a espécie isolada. O isolado foi empregado no ensaio de biolixiviação com minérios sulfetados de cobre, no qual predomina calcopirita. O ensaio foi realizado com 20% de sólidos, com pH inicial de 2, agitação constante (130 RPM), temperatura de 30ºC e duração de 60 dias, em três condições: o frasco sem inóculo e esterilizado pela adição de formaldeído; o frasco inoculado com A. ferrooxidans; e o frasco sem inóculo e não esterilizado. O processo de biolixiviação ficou evidenciado quando utilizada esta cepa bacteriana, uma vez que os frascos que a continham apresentaram melhor recuperação de cobre, 58 e 60%, em relação aos frascos sem inóculo, cuja recuperação foi de 31 e 35% para os esterilizados com formaldeído, e de 37 e 44% para o não esterilizado. O minério estudado, apesar da refratariedade da calcopirita, mostrou boa potencialidade na utilização de bactérias para recuperação de cobre por biolixiviação. A manutenção e ajuste do pH durante a lixiviação bacteriana foi essencial para a eficiente recuperação deste metal.

Submitted by Laíze Fernanda Pereira null (laize_fernandapereira@yahoo.com.br) on 2016-10-03T11:51:03Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Laize Fernanda Pereira_versão final.pdf: 1765685 bytes, checksum: c480da42091df39cbc80f15e56710bec (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-10-05T17:05:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pereira_lf_me_araiq.pdf: 1765685 bytes, checksum: c480da42091df39cbc80f15e56710bec (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-05T17:05:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pereira_lf_me_araiq.pdf: 1765685 bytes, checksum: c480da42091df39cbc80f15e56710bec (MD5) Previous issue date: 2016-09-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O carvão é a mais importante fonte de energia não renovável de origem fóssil do planeta. Um dos maiores problemas em sua utilização como fonte energética se deve à presença de enxofre na forma orgânica e inorgânica (pirita FeS2). Durante a combustão do carvão, são lançados na atmosfera vários gases, entre eles o SO2 que causam problemas ambientais como a formação de chuva ácida além da corrosão de “boilers”, oleodutos subterrâneos, instalações metálicas e maquinários de minas. Há vários processos físicos e químicos para redução do enxofre antes da combustão do carvão, no entanto, tais métodos são dispendiosos, pois necessitam de condições extremas de temperatura e pressão. Os métodos biológicos de dessulfurização deste combustível fóssil têm demonstrado serem mais eficazes para tal fim. Neste contexto o presente trabalho utilizou bactérias oxidantes de ferro e/ou enxofre, Acidithiobacillus ferrooxidans e Acidithiobacillus thiooxidans a fim de obter uma redução no conteúdo de enxofre pirítico do carvão fornecido pela Carbonífera do Cambuí. Ensaios de biolixiviação em frascos sob agitação foram conduzidos em diferentes condições com a finalidade de acompanhar a cinética de dissolução do enxofre pirítico na amostra mineral. Na fase líquida a evolução dos seguintes parâmetros foi monitorada: pH, Eh e íons ferrosos. A fase sólida foi caracterizada posteriormente através de medidas de difração de raio-X (DRX) e espectroscopia de infravermelho (FTIR). A quantificação parcial do enxofre total foi avaliada utilizando Analisador Preiser Mineco de acordo com as normas ABNT NBR 8295 e suas formas (pirítica, sulfática e orgânica) foram analisadas por normas ASTM. Os ensaios utilizando tais microrganismos obtiveram redução de 44% no teor de enxofre total e de 90% no teor de enxofre pirítico. Como resultado das análises de raio-X observou-se a redução de picos característicos da pirita e o surgimento de uma nova fase cristalina durante o tratamento biológico. Os espectros de infravermelho indicaram que os microrganismos utilizados neste estudo foram capazes de interagir apenas com a fase inorgânica do carvão. Estes ensaios de bancada forneceram parâmetros para um posterior trabalho em escala de bancada utilizando colunas de biolixiviação. / Coal is the most important non-renewable energy source of fossil origin in the world. One of the major problem in using coal as an energy source is the presence of sulfur in the organic and inorganic form (pyritic FeS2). During combustion of coal, SO2 is released in the atmosphere, causing many environmental problems such as the formation of acid rain, beside this sulfur also causes the corrosion of boilers and installations of underground metal pipelines. There are several physical and chemical processes to reduce sulfur in the coal before combustion, however, such methods are very costly, with the use of extreme temperatures and pressures. The biological method for desulfurization of the fossil fuel has proved to be more effective for such purpose. In this context, the present work evaluated the use iron and/or sulfur oxidizing bacteria, Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus thiooxidans in order to obtain a maximum reduction in the pyritic sulfur content of the coal supplied by the Carbonífera Cambuí. For this purpose, the bioleaching tests were performed in shake flasks and conducted under different conditions in order to follow the pyritic sulfur kinetics of dissolution of the mineral sample. In the liquid phase, the following parameters such as pH, Eh and ferrous ions were monitored. The solid phase was characterized subsequently by means of measurements of X-ray diffraction (XRD) and infrared spectroscopy (FTIR). The partial quantification of total sulfur was evaluated using Preiser Mineco analyzer according to ABNT NBR 8295 standards and other forms such as pyritic, sulfatic and organic were analyzed by ASTM. The tests using such microorganisms obtained 44% reduction in total sulfur and 90% pyritic sulfur. The result of ray-X analyzes showed the reduction of characteristic peaks of pyrite and the emergence of a new crystalline phase during biological treatment. Infrared spectra indicated that the microorganisms used in this study were able to interact only with the inorganic phase coal. These bench tests provided parameters for further laboratory scale using bioleaching column.

Orientador: Denise Bevilaqua / Orientador: Oswaldo Garcia Júnior (in memorian) / Banca: Ana Teresa Lombardi / Banca: Versiane Albis Leão / Resumo: A biolixiviação (lixiviação bacteriana) é uma alternativa para a extração de metais presentes em sulfetos minerais empregando microorganismos. Dentre as principais vantagens da biohidrometalurgia em relação aos métodos convencionais podem ser destacadas a não-emissão de SO2 para a atmosfera, pequeno gasto com insumos, pois são produzidos pelos próprios microorganismos, baixa demanda energética e o tratamento de minérios contendo metais em baixo teor. Uma das espécies envolvidas na biolixiviação de sulfetos minerais mais estudadas é Acidithiobacillus ferrooxidans. Essa bactéria é gram negativa, aeróbia, acidófila, mesófila e obtém energia através da oxidação de íons Fe2+ e compostos reduzidos de enxofre. A calcopirita é a principal fonte de cobre presente na crosta terrestre. Uma das principais propriedades desse sulfeto é a sua alta refratariedade ao ataque químico e bacteriano, conseqüência da sua elevada energia de rede cristalina. Além disso, a formação de uma camada protetora, constituída basicamente por polissulfetos, sobre a sua superfície diminui a dissolução desse minério. Por isso, diversos grupos de pesquisa buscam alternativas para a resolução desses problemas visando elevar as extrações de cobre a partir desse sulfeto. Com esse objetivo, o presente trabalho estudou o efeito da adição de nanopartículas, polares e apolares, na biolixiviação da calcopirita por A. ferrooxidans LR. O único estudo relacionado à lixiviação envolvendo nanopartículas demonstrou que a adição de nanosílica elevou as taxas de dissolução da calcopirita mediante utilização de agentes oxidantes, meio reacional ácido e temperatura moderada. Para avaliar o efeito da adição de nanopartículas no crescimento bacteriano, foi monitorada a concentração de íons Fe2+ presentes em sistemas contendo A. ferrooxidans... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Bioleaching is an alternative for metal extraction from mineral sulfides using microorganisms. The main advantages of the biotechnological processes in comparison with usual methods of metal extraction are the non-emission of SO2 to atmosphere, lower inputs cost, as they are produced by the microorganisms themselves, lesser energy requirements and treatment of low-grade ores. One of the most studied microbes involved in the bioleaching of mineral sulfides is Acidithiobacillus ferrooxidans. This bacterium is Gram-negative, aerobic, acidophilic, mesophilic and oxidizes Fe2+ ions and reduced forms of sulfur to obtain energy. Chalcopyrite is the main copper source present in the world. One of its main properties is the high resistance to the chemical and bacterial attacks, result of its great crystal lattice energy. Also, the formation of a protective layer, mainly constituted by polysulfides, over its surface reduces the dissolution of that ore. For those reasons, several research groups throughout the world are investigating alternatives to solve these problems and promote the higher copper extraction from this sulfide. This work studied the effect of adding nanoparticles, polar and non-polar, in the bioleaching of chalcopyrite by A. ferrooxidans LR. The only study related to leaching involving nanoparticles, published in 2005, demonstrated that the addition of nano-sized silica raised the dissolution rates of chalcopyrite when using oxidizing agents, acidic medium and moderate temperature. To evaluate the effect of adding nanoparticles in bacteria growth, it was monitorated the Fe2+ ions concentration present in flasks that contained A. ferrooxidans LR and different concentrations of nanoparticles. Thus, it was observed that high amounts of nanoparticles (> 2.5% m/v) affected the bacteria growth. Shake flasks... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre