Orientador: Laura Maria Mariscal Ottoboni / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-10T18:11:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bergamo_RogerioFaria_D.pdf: 5816487 bytes, checksum: c55c4aa07d6b8202428bd0d045c5779f (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Acidithiobacillus ferrooxidans é uma bactéria não patogênica, Gram-negativa, que obtém a energia necessária para o seu crescimento pela oxidação de compostos inorgânicos. Essa bactéria tem despertado interesse por fazer parte de um consórcio de microrganismos envolvidos na biolixiviação de metais. O processo de biolixiviação é influenciado por vários fatores, dentre eles o pH. Apesar desse fator ser importante no crescimento e sobrevivência da bactéria, existem poucas informações sobre os mecanismos moleculares acionados pela bactéria para suportar mudanças envolvendo este parâmetro. Assim sendo, nesse trabalho foram realizados experimentos de respirometria e curvas de crescimento para analisar-se o comportamento da linhagem brasileira de A. ferrooxidans LR em situações que envolviam alterações no pH ideal de cultivo. Com esses experimentos, observou-se que, na presença de pHs acima (2,5 e 3,0) e abaixo (1,5 e 1,2) de 1,8, tanto a respiração quanto o crescimento de A. ferrooxidans LR são afetados. Os pHs dos experimentos de respirometria e curvas de crescimento foram utilizados para obtenção de células de A. ferrooxidans para o isolamento do RNA que foi analisado por RAP-PCR com os primers arbitrários OPF01, OPF03, OPF04, OPF08, OPJ04, OPJ14. Como controle, foi utilizado RNA isolado de células obtidas em pH ideal de cultivo da bactéria. Os cDNAs isolados tiveram a expressão diferencial confirmada por slot blot e foram, a seguir, clonados e seqüenciados. As seqüências obtidas foram comparadas em bancos de dados. As seqüências deduzidas de aminoácidos de quatro cDNAs com expressão induzida em pHs acima ou abaixo de 1,8 apresentaram similaridade com as seguintes proteínas: proteína hipotética, proteína small heat shock, L-2-haloalkanoic acid dehalogenase e ResB. As seqüências deduzidas de aminoácidos de quatro cDNAs com expressão reprimida em pHs acima ou abaixo de 1,8 apresentaram similaridade com as proteínas fructose/tagatose biphosphate aldolase, DedA, proteina ribosomal e DNA helicase dependente de ATP. Esses resultados sugerem que alterações no pH ideal de cultivo de A. ferrooxidans resultam em alterações da expressão de genes que codificam para proteínas pertencentes a diferentes categorias funcionais / Abstract: Acidithiobacillus ferrooxidans are non pathogenic, Gram-negative bacteria that obtain energy for growth from the oxidation of inorganic compounds. These bacteria are part of a consortium of microorganisms involved in the bioleaching of metals. Among others, pH alterations can affect bioleaching. The pH is very important in the survival and growth of the bacteria, but very little is known about the molecular mechanisms used by the bacteria to bare pH alterations. This way, in this work respirometric experiments and growth curves were conducted to analyze the behavior of the A. ferrooxidans Brazilian strain LR in situations involving changes in the bacteria ideal pH. In pHs above (2.5 and 3.0) and below (1.5 and 1.2) 1.8 both oxygen consumption and growth were affected. The pHs used in the respirometric experiments and growth curves were selected to grow A. ferrooxidans cells to isolate the RNA that was used in the RAP-PCR experiments with the arbitrary primers OPF01, OPF03, OPF04, OPF08, OPJ04 and OPJ14. The differential expression of the isolated cDNAs was validated by slot blot. The cDNAs were cloned, sequenced and the obtained sequences were compared to the ones present In GenBank. The deduced amino acids sequences of four cDNAS up-regulated in pHs above and below 1.8 presented similarity with the following proteins: hypothetical protein, small heat shock, L-2-haloalkanoic acid dehalogenase and ResB. The deduced amino acids sequences of four cDNAS down-regulated in pHs above and below 1.8 presented similarity with the proteins: fructose/tagatose biphosphate aldolase, DedA, ribosomal protein and ATP-dependent DNA helicase. These results suggest that alterations in the A. ferrooxidans ideal pH change the expression of genes that encode proteins from different functional categories / Doutorado / Biologia Celular / Doutor em Biologia Celular e Estrutural

Resumo: 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...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: 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) / Orientador: Oswaldo Garcia Junior / Coorientador: Denise Bevilaqua / Banca: Assis Vicente Benedetti / Banca: Wilson Cervi da Costa / Mestre

Memoria para optar al título profesional de Bioquímico / El hierro es a la vez un micronutriente esencial y un potencial agente de daño oxidativo. Como para las bacterias este elemento es imprescindible, es necesaria una estricta regulación de su concentración intracelular. La homeostasis del hierro se logra mediante la regulación de su adquisición, almacenamiento y utilización. Acidithiobacillus ferrooxidans es una bacteria acidófila que vive en un medio cuya biodisponibilidad de hierro supera con creces a la tolerada por bacterias neutrófilas. Es por lo tanto muy interesante estudiar cómo esta bacteria logra mantener la homeostasis del hierro en estas condiciones. El objetivo de esta tesis fue estudiar los sistemas de captación y transporte de hierro en A. ferrooxidans, centrando el análisis principalmente en los genes predichos para receptores de sideróforos (omr). Al analizar su ubicación y contexto genómico, se observó que estos genes forman parte de clusters bien definidos cuya organización génica es singular, ya que además de estar asociados a genes relacionados con el transporte de hierro, varios de ellos tienen genes vecinos con funciones predichas no relacionadas. Mediante un ensayo de co-transcripción demostramos que uno de los clusters génicos es un operón. El análisis de la expresión a nivel de mRNA de los omrs se realizó en bacterias crecidas en medios de cultivo con diferente sustrato energético y concentración de hierro soluble (hierro, azufre, tiosulfato y calcopirita) y diferente pH (azufre a pH 2,5-3,5-4,5). Al comparar cultivos en hierro a pH 1,6 con cultivos en azufre a pH 3,5 la mayoría de los genes omr con igual especificidad predicha para sideróforo mostraron perfiles transcripcionales similares. Por otro lado, el análisis de expresión en medios de azufre con pHs diferentes se abordó considerando el punto isoeléctrico predicho para los OMR, pero no se encontró una correlación clara entre expresión, pH del medio y este parámetro. Adicionalmente se evaluó la expresión génica de dos transportadores de Fe+2 (feoB y mntH), encontrándose resultados similares a los descritos en otras bacterias, esto es una mayor expresión cuando la concentración de hierro del medio de crecimiento es baja. Por otra parte, dada la presencia de cajas Fur predichas en varios de los clusters génicos de transporte de hierro, y la gran cantidad de genes relacionados con el metabolismo de fosfato que estos presentan, se incluyeron en el análisis los genes de los reguladores Fur y PhoB. Ambos genes mostraron un comportamiento opuesto a lo esperado: el gen fur mostró un perfil transcripcional inverso a lo que se observa a nivel de proteína; y phoB, teniendo río arriba una caja Fur validada in vitro, presentó un comportamiento contrario al de un gen reprimido por Fur. Para la validación in vivo de los sitios de unión del regulador Fur, implementamos en el laboratorio el ensayo de chIP-on-chip. Se logró implementar con éxito la primera etapa de este ensayo, pero deberán adicionarse en un futuro protocolos de amplificación de la señal para poder alcanzar los resultados esperados. / Iron is both an essential micronutrient and a potential agent of oxidative damage, and strict regulation of its intracellular concentration is required. This regulation is achieved by homeostatic mechanisms that balance iron acquisition, storage and utilization. Acidithiobacillus ferrooxidans is an acidophilic bacterium that thrives in environments with very high levels of bioavailable iron greatly surpassing the concentration tolerated by neutrophilic bacteria. Therefore, it is very important to study iron homeostasis in A. ferrooxidans. This thesis aims to study the iron acquisition systems of A. ferrooxidans, focusing the analysis on genes predicted to encode siderophore receptors (omr) and Fe2+ transporters. An analysis of the genomic context and location of the omr genes revealed that they constitute defined clusters with genetic organizations not encountered in other microorganisms. In addition to their association with other genes related to iron transport, some of them have neighboring genes with non iron-related predicted functions. By means of a co-transcription assay we demonstrated that one of these clusters is an operon. Gene expression analysis for the predicted omrs was performed on cell cultures grown, to the logarithmic phase, in media with different energetic substrates and soluble iron concentrations (iron, sulfur, thiosulfate and chalcopyrite) and with different pHs (sulfur at pH 2.5-3.5-4.5). When comparing results derived from iron cultures at pH 1.6 to sulfur cultures at pH 3.5, most omrs sharing similarly predicted siderophore affinities showed similar transcriptional profiles. An earlier observation had demonstrated that the OMR exhibited a range of predicted isoelectric points from pI 6.7 to pI 9.2 and we evaluated the possible relationship between these predicted pIs and the expression of the corresponding genes in cells grown in sulfur medium at different pHs. However, no clear correlation could be established. In addition, the genetic expression of the two Fe+2 transporters feoB and mntH was evaluated. Results demonstrate that these genes exhibit higher expression under iron restricted conditions, as has been observed in other bacterial systems. The presence of potential Fur boxes and genes related to phosphate metabolism in several of the predicted omr clusters prompted an evaluation of the expression of genes encoding the transcriptional regulators Fur and PhoB. Both fur and phoB showed an unexpected behavior: fur was induced in iron while the Fur protein levels have been shown previously to decrease in the presence of high iron concentrations; and phoB, with an upstream experimentally validated Fur box, was not repressed in iron as expected for a typical Fur target. Also, the first experimental stages of a chIP-on-chip strategy for the whole genome mapping of Fur binding sites in vivo were successfully implemented. Additional amplification steps are required for protocol completion / Fondecyt 1050063 y 11060164

Dans un premier temps, nous avons synthétisé et caractérisé une chondrite à enstatite reconstituée. En étudiant cet objet, nous avons pu identifier et comprendre le signal Raman des sulfures présents dans les météorites à enstatite. La réponse Raman de ces phases est obtenue via l'activation des modes infra-rouge suite à une modification de la symétrie dans le réseau cristallin. Dans un second temps, nous avons utilise cet analogue pour comprendre le processus de bio-alteration des chondrites à enstatite dans les conditions terrestres actuelles, donc en aérobiose. Afin de bien comprendre ce phénomène de bio altération sur ce matériau complexe, il a été indispensable d'étudier ce mécanisme sur chacune des phases présentes dans celui-ci. Ainsi l'analogue de chondrite à enstatite, l'enstatite, la troilite, l'alliage Fe-Si et aussi de l'olivine ont été altérés abiotiquement et bio altérés par les souches Acidithiobacillus ferrooxidans et Acidithiobacillus thiooxidans, ¨¤ pH ¡Ö 2 ¨¤ T = 20¡ãC. Cette étude a permis d'obtenir et d'interpréter à l'échelle de la microscopie électronique à balayage les principales phases et microstructures qui se développent lors de l'altération abiotique ou biologique d'une chondrite à enstatite. En parallèle, des mesures régulières de la chimie du milieu aqueux ont permis d'étudier la cinétique de lixiviation de ces expériences de bio-alteration et de la comparer à une modélisation thermodynamique et cinétique, que nous avons effectué avec le programme Jchess. Nos résultats montrent qu'en opposition avec ce qui a été observe sur les phases séparées, les cinétiques de dissolution sont très différentes lorsque les différentes phases sont associées dans l'analogue de chondrite à enstatite : la troilite se dissout bien plus lentement que dans les expériences sur phases séparées alors que l'enstatite se dissout plus vite. La dissolution plus lente de la troilite est attribuée à la présence de monosulfures très solubles dans le matériau de départ. Ces observations pourront être utilisées pour modéliser et interpréter l'évolution d'une chondrite à enstatite à la surface de la Terre et, au delà, de matériaux réduits associant métaux, sulfures et silicates. Les chondrites à enstatite constituent un substrat approprié pour les deux souches bactériennes étudiées qui, en présence de cet assemblage minéral, ont montré de l'activité biologique, en particulier la formation de biofilms, et ont accéléré les vitesses de dissolution / The aim of this study is to investigate the mineralogical and chemical processes which take place during the bioweathering of an enstatite chondrite by bacteria. Synthetic enstatite chondrites were made in laboratory in order to begin this complex study with simplified and well-defined materials. These analogs were shown to contain the major phases of enstatite chondrites: enstatite, Si-rich kamacite, troilite and unusual sulfides such as oldhamite or niningerite. First, the Raman study of this analog allowed to identify and understand the specific Raman signal of sulphides present in enstatite meteorites. The Raman signal of these phases is explained by infrared activation due to a symmetry modification in the crystal lattice. Then, in order to better understand the aqueous alteration of enstatite chondrites, each major phase and olivine were separately submitted to aqueous and aerobic alteration with or without Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus thiooxidans at pH ¡Ö 2 ¨¤ T = 20¡ãC. All experiments were characterized before and after alteration using scanning electron microscopy. Regular measurements og the chemistry of the aqueous medium were used to study the kinetics of leaching experiments of bio-alteration and compared to thermodynamic and kinetic modeling with JChess. Our results show that contrary to the observations on the separate phases, the dissolution kinetics are very different when the whole phases are associated in the enstatite chondrite analogue: troilite dissolves more slowly than in experiments on separate phases while enstatite dissolves faster. The slower dissolution of troilite is ascribed to the presence of oldhamite and niningerite in the starting material. These observations will be useful to understand and model the evolution of enstatite chondrites at the surface of the Earth and, beyond that, of reduced assemblages containing metals, sulphides and silicates. Enstatite chondrites are shown to be an appropriate substrate for the two bacterial strains which have shown biological activity, especially by the formation of biofilms and which have accelerated the dissolution kinetics

Ingeniera Civil Química. Ingeniera Civil en Biotecnología / La minería en Chile es una actividad clave para el desarrollo del país y actualmente se enfrenta a problemáticas relacionadas a la presencia de elementos contaminantes en sus efluentes que son altamente tóxicos como el arsénico. Las normativas medioambientales existentes, el riesgo para las especies pertenecientes al ecosistema, incluyendo la salud humana, y la penalización en mercados internacionales por la presencia de arsénico en concentrados de cobre exportados, han derivado en la necesidad de desarrollar tecnologías para la recuperación de metales que sean amigables con el medioambiente y económicamente rentables. EcoMetales es una filial de Codelco cuyo objetivo es dar solución a estos problemas y para ello cuenta con su Planta de Abatimiento de Arsénico y Antimonio en la cual utilizan peróxido de hidrógeno para oxidar el arsénico presente en los efluentes de la división Chuquicamata de Codelco. Este elemento oxidado posteriormente precipita en forma de escorodita y es almacenado en depósitos de la empresa. Sin embargo, este proceso posee un alto costo y el peróxido de hidrógeno corresponde al 50% de los gastos asociados a insumos. Además, el nuevo escenario normativo que entra en vigor en 2018 sumado al aumento en las impurezas debido al envejecimiento de los yacimientos pronostican un alza en los costos. Debido a esto EcoMetales ha encargado al ICDB y al CeBiB desarrollar un proyecto para reemplazar el uso de peróxido por microorganismos que oxiden el arsénico. En el marco de este proyecto se encuentra el trabajo desarrollado en esta memoria que consiste en el estudio, dimensionamiento y diseño del biorreactor en el cual se llevará a cabo la oxidación biológica de arsénico junto con la determinación del punto de incorporación y la estimación del CAPEX. La metodología de trabajo consiste en una etapa de investigación bibliográfica, seguida por el diseño y dimensionamiento del sistema para finalmente estimar el CAPEX y realizar un análisis de sensibilidad. Los resultados principales indican que el microorganismo a utilizar es Acidithiobacillus ferroxidans y que se necesitarán dos biorreactores cuyos volúmenes son 51 [m3] y 304 [m3] para reducir el contenido de As+3 de 4 [g⁄L] a 0,002 [g⁄L]. El costo de inversión se estima de US$713.000 y el análisis arroja que el proyecto es altamente sensible a la cinética de crecimiento del microorganismo, mientras que se ve levemente afectado por las variaciones en el contenido de arsénico y presenta una mayor influencia a los cambios en la concentración de hierro. Finalmente, se concluye que el proyecto sería técnica y económicamente factible según el costo de inversión calculado y las dimensiones obtenidas, pero es necesario realizar la estimación de los costos de operación y el balance del flujo de caja para tener mayor seguridad de este resultado.

La oxidación bacteriana del ión ferroso con Acidithiobacillus ferrooxidans en presencia de carbón activado es un proceso útil tanto para la generación de ión férrico como para la generación de inóculos de alta concentración bacteriana. El objetivo del presente trabajo es mejorar el entendimiento del mecanismo mediante el cual la presencia del carbón activado afecta los procesos de oxidación del ión ferroso. En particular, en este trabajo se evalúa por primera vez la influencia que el efecto químico del carbón activado sobre el ión férrico pueda tener en el proceso. El trabajo experimental se efectuó a 30 ºC. Experimentos preliminares en que se contactó medio basal MC, de composición igual a 0,4 g/L de (NH4)2SO4; 0,056 g/L de K2HPO4·3H2O y 0,4 g/L de MgSO4·7H2O,.a pH = 1.6 y 3 g/l de ión férrico con carbón activado, confirmaron que el ión férrico es parcialmente reducido a ión ferroso por la acción química del carbón. Estudios cinéticos conducidos con el mismo medio basal MC, pero con concentraciones de ión férrico en el rango entre 100 a 1200 mg/L, y con 0.2 g carbón en 100 ml de solución, demostraron que la cinética de reducción del ión férrico con carbón se rige por la expresión: Con : k =7,68x10-6 [(mg/L)-0,731/min] ; n=3,369 Los estudios de crecimiento bacteriano en presencia de carbón activado se efectuaron con 6,2 g/L de carbón, con una cepa pura de Acidithiobacillus ferrooxidans con concentración inicial de 2,9 x 109 [bact/L], en un medio basal MC a pH 1,6 que contenía una concentración inicial de 3 g/L de ión férrico, sin ión ferroso. El experimento se efectuó en un frasco agitado modificado que impedía el contacto directo entre los microorganismos y el carbón, de modo que el crecimiento bacteriano se pudo monitorear por conteo directo. El resultado de este experimento permitió constatar que, a pesar de no haber inicialmente ión ferroso, la población bacteriana después de 19 días creció hasta 4x1010 [bact/L]. En un experimento control efectuado en condiciones similares, pero sin agregar carbón, no se observó crecimiento durante el mismo período. Los resultados de este estudio permitieron confirmar que en el proceso de oxidación bacteriana del ión ferroso con Acidithiobacillus ferrooxidans en presencia de carbón activado, el carbón contribuye adicionalmente al crecimiento bacteriano a través de la regeneración del ión ferroso por reducción química de ión férrico con el carbón. El trabajo de simulación efectuado permitió demostrar, además, que la evolución de la población bacteriana, concentración de ión ferroso, ión férrico y Eh durante el proceso se puede describir adecuadamente en base a un modelo que describe la oxidación bacteriana del ión ferroso con una cinética tipo Monod que incluye el efecto inhibitorio del ión férrico y describe la reducción de ión férrico con la expresión cinética deducida en este trabajo. El efecto químico del carbón activado sobre el ión férrico detectado en este estudio es un aspecto que no ha sido considerado en los artículos reportados hasta el momento en este tema. El resultado de este estudio contribuirá entonces a aclarar las contradicciones entre los diferentes resultados reportados y posibilitará el estudio de la optimización del proceso sobre bases conceptuales más sólidas.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-06-02Bitstream added on 2014-06-13T19:08:53Z : No. of bitstreams: 1 silva_dr_me_araiq.pdf: 984256 bytes, checksum: bcc952300b822c0cddcc1c2d5f5eec53 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / 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... / 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)

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)

Acidithiobacillus ferrooxidans es una de las principales bacterias ácidofilas y quimiolitoautotróficas involucradas en los procesos de biolixiviación. Esta bacteria Gramnegativa es capaz de oxidar tanto el ión ferroso (Fe2+), como compuestos reducidos del azufre con el objetivo de obtener energía para su crecimiento. La mayor parte de las bacterias biolixiviantes crecen adheridas a superficies de sustratos sólidos (minerales). A. ferrooxidans además es capaz de desarrollar biopelículas y exhibir modificaciones morfológicas durante el proceso de adherencia. La formación de biopelículas está regulada en diversas bacterias por el sistema de “Quorum Sensing” (QS). El QS es un proceso en el cual las bacterias se comunican con otras de su misma especie para coordinar su comportamiento y funcionar como un organismo multicelular. El QS regula diversos fenotipos los cuales son el resultado de cambios en la expresión de múltiples genes. Estos son cambios globales dependientes de una familia de reguladores transcripcionales llamadas proteínas tipo R. Este conjunto de genes que se activan o se reprimen en una condición determinada se denomina regulón. Para poder determinar qué genes forman parte de un regulón, se deben realizar experimentos de genómica y proteómica comparativa. Recientemente en nuestro laboratorio se ha caracterizado un sistema QS funcional del tipo AI-1 en la bacteria A. ferrooxidans. Sin embargo, aún no se han identificado ni los genes ni los fenotipos que este sistema regula. Por lo tanto, nos propusimos con esta tesis analizar los efectos sobre el patrón de expresión proteica de A. ferrooxidans de extractos de sobrenadantes de cultivo de A. ferrooxidans, AHLs sintéticas y sus análogos (aAHLs) mediante estudios proteómicos para indagar el regulón QS en esta bacteria. Estos experimentos fueron realizados en un fondo silvestre debido a que aún no se disponen de metodologías para manipular genéticamente a esta bacteria. Se observó que la adición de AHLs y aAHLs inducen cambios que se traducen en variaciones a nivel fisiológico (aumento de número de células), del medio (mayor oxidación de hierro y acumulación de azufre) y del patrón de expresión de proteínas. Otro punto abordado en esta tesis, fue determinar el efecto que tiene el Fe2+ sobre las AHLs producidas por la bacteria. Aparentemente el circuito regulatorio paradigmático de todos los sistemas de QS parece no ocurrir cuando A. ferrooxidans crece en un medio con hierro, puesto que tanto los niveles de AHLs como de transcrito del gen afeI son bajos en este medio de cultivo en comparación con azufre y tiosulfato. Por esta razón, nos propusimos estudiar cuál sería la posible explicación de este fenómeno. Experimentos preliminares nos llevaron a pensar que pudiese existir un putativo complejo entre hierro y AHLs. No es claro aún qué tipo de estructura forman las AHLs con hierro, pero sí es claro que estas moléculas autoinductoras son capaces de unirse al Fe2+ y alterar su patrón de migración en una cromatografía en capa fina (cambia la polaridad).

Submitted by JOSIANE APARECIDA GASPAR null (josianegaspar@yahoo.com.br) on 2016-04-26T21:06:10Z No. of bitstreams: 1 Tese Josiane Gaspar final 26 04 2016.pdf: 2896477 bytes, checksum: bae3bd8eaa7bebba113a4f4c308cc51b (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-04-28T20:42:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 silva_eo_me_guara_par.pdf: 795191 bytes, checksum: eaa53defa424680464e90f198b5c1635 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-28T20:42:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 silva_eo_me_guara_par.pdf: 795191 bytes, checksum: eaa53defa424680464e90f198b5c1635 (MD5) Previous issue date: 2016-04-18 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Atualmente, a indústria sucroalcooleira é tida como uma das indústrias mais importantes do cenário socioeconômico brasileiro. Entretanto, este setor gera grandes quantidades de resíduos. Dentre esses resíduos encontra-se a torta de filtro (TF), um resíduo orgânico sólido representativo. Uma alternativa para a disposição final da TF tem sido a reciclagem agrícola. Contudo, uma das principais preocupações em relação à aplicação deste composto no solo é a presença de contaminantes, como os elementos potencialmente tóxicos (EPTs). Estudos têm mostrado que a biolixiviação, um processo que se baseia na capacidade dos microrganismos transfomarem os EPTs ligados a resíduos sólidos em formas solúveis extraíves, é uma alternativa promissora para o tratamento de diversos resíduos. Assim sendo, o presente trabalho foi desenvolvido com o objetivo de avaliar a remoção de elementos potencialmente tóxicos presentes no composto de torta de filtro produzido por uma usina sucroalcooleira utilizando a biolixiviação. Para isso, foram realizados ensaios de biolixiviação, utilizando inicialmente as bactérias Acidithiobacillus ferrooxidans - LR e Acidithiobacillus thiooxidans – FG01. Iniciou-se a pesquisa com duas amostras do composto de torta de filtro de safras diferentes (2014 e 2015). As amostras foram caracterizadas quanto ao seu potencial agronômico e EPTs. Os ensaios de biolixiviação foram realizados em frascos agitados (150 rpm, 30ºC), utilizando uma bactéria oxidante de ferro e a bactéria oxidante de enxofre suplementadas com FeSO4 ou S°, respectivamente, bem como seus controles abióticos correspondentes. Foi utilizada uma concentração inicial de densidade de polpa de 2% (m/v), e posteriormente com 10% (m/v) de torta de filtro. Observou-se que amostras coletadas na safra de 2014 inibiram a oxidação do Fe2+ e a produção de ácido, parâmetros relacionados com as atividades microbianas. Sugere-se que a concentração de carbono orgânico presente nas amostras coletadas em 2014 seja um dos responsáveis pela inibição observada. Todos os ensaios subsequentes foram realizados com as amostras da safra de 2015. As solubilizações dos EPTs na TF, em ordem decrescente, utilizando At. ferrooxidans – LR como inóculo foram: 91% de Mn, de 65% de Zn, 43% de Pb, 34% de Al, 32% de Cr, 22% de Cu, e em frascos inoculados com At. thiooxidans - FG01 foram de 93% de Mn, 62% de Zn, 38% de Cr, 35% de Al, 35% de Pb, e 24% de Cu. Os resultados mostraram que as solubilizações dos EPTs nos grupos experimentais inoculados não foram significativamente diferentes exceto para os íons metálicos Cr e Pb. Os EPTs foram correlacionados negativamente com a variação do pH e positivamente com potencial redox. O modelo Logístico foi usado para acompanhar o estudo do processo de biolixiviação. Extração sequencial dos EPTs mostrou que a maioria dos elementos estavam ligadas a frações disponíveis ao ambiente. Após o tratamento microbiano a maioria dos EPTs remanescentes da TF apresentou-se ligadas às frações mais estáveis e, por conseguinte, o resíduo biolixiviado poderia ser aplicado sobre o solo. As extrações observadas do nitrogênio e fósforo após o processo estão relacionadas à condição ácida do sistema. Por fim, os ensaios de fitotoxicidade aguda mostraram que os elutriatos obtidos dos resíduos biolixiviados foram classificados como uma baixa toxicidade sobre a germinação e crescimento das radículas de Lactuca sativa (alface), enquanto que os elutriatos sem tratamento foram classificados com uma elevada toxicidade. Os resultados obtidos nesta pesquisa mostraram evidências de que a biolixiviação é eficaz para atenuar a concentração final de elementos potencialmente tóxicos na torta de filtro, evitando a sua acumulação no solo, podendo assim ser utilizada como condicionador na agricultura. / Currently, the sugar industry is considered one of the most important industries of the Brazilian socioeconomic scenario. However, this sector generates large amount of waste products, among which the filter cake (FC) is a representative solid waste. Agricultural recycling can be considered as an alternative to the final disposal of such solid waste. However, one of the main concerns regarding its application in the soil is the presence of contaminants such as trace elements. Studies have shown that bioleaching is a promising alternative for the treatment of various wastes. Bioleaching is efficient for the removal of potentially toxic elements (PTE), allowing the compost to be used as soil conditioner, without causing additional problems. The objectives of the present work were to evaluate the removal of potentially toxic elements present in the filter cake produced by a sugar and alcohol industry, through bioleaching. To accomplish this objective, we used bioleaching tests performed initially with the bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans - LR and Acidithiobacillus thiooxidans - FG01. Initially two samples of the filter cake of different harvests in 2014 and 2015 were used. The samples were characterized for their agronomic potential and presence of potentially toxic elements. Bioleaching experiments were carried out in flasks shaked (150 rpm at 30 °C) supplemented with FeSO4 or So depending on the bacteria, as well as their corresponding abiotic controls. An initial concentration of 2% pulp density (w/v) followed by 10% (w/v) concentration of the filter cake along with T&K and 9K media were used. The results showed that samples from the 2014 crop inhibited the growth of microorganisms in comparison with the 2015 one. All subsequent tests were performed with samples from 2015 crop. The potentially toxic elements solubilization in the filter cake was, in descending order using At. ferrooxidans – LR, 91%, Mn; 65%, Zn; 43%, Pb; 34%, Al; 32%, Cr and 22% of the Cu, and with At. thiooxidans - FG01 93%, Mn; 62%, Zn; 38%, Cr; 35%, Al; 35%, Pb and 24% of the Cu. The solubilization of potentially toxic elements in the inoculated experimental groups did not show significant difference except for Cr and Pb. Potentially toxic elements were negatively correlated with pH and positively correlated with redox potential. The Logistic model was shown to accompany the study of the bioleaching process. The sequential extraction of potential toxic elements showed that most of the elements were connected to fractions considered available to organisms, and after the microbial treatment, most of the remaining potential toxic elements of the filter cake were present as more stable fractions. Therefore, we suggest that the bioleached residue can be applied to the soil. Nitrogen and phosphorus leaching were observed, and this is related to the acidic condition of the system. Finally, we tested the bioleached filter cake in lettuce through acute phytotoxicity tests that showed lower toxicity when compared with untreated filter cake. For these tests, we used elutriates obtained from the bioleached filter cake and the untreated filter cake. The Lactuca sativa germination and rootlests were evaluated. In general, we demonstrated that the bioleaching with At. ferrooxidans and At. thiooxidans have attenuated the potentially toxic elements concentrations in the filter cake, so presenting no final toxicity to lettuce. This has important environmental implications, since a residue can be treated and safely used as soil conditioner in agriculture. / FAPESP: 2012/19115-0