Thesis (MTech (Food Technology))--Cape Peninsula University of Technology, 2012. / The expansion of the South African olive processing industry has brought an increased threat to the environment. More production activities lead to more wastewater generation that requires more costly treatment. Regulatory bodies concerned with the release of effluents into the environment are imposing evermore-restrictive guidelines. With this information in mind, the South African olive industry is facing a significant challenge of maintaining economic competitiveness while becoming more environmentally benign. To begin addressing this challenge, the olive processing industry must develop and implement new, more effective, tailored treatment technologies to remediate olive wastewater prior to its release into the environment. In this study, the use of indigenous olive wastewater biofilms in combination with a rotating biological contactor (RBC) was investigated for possible bioremediation purposes. The development of microbial biofilms resulted in the breakdown of the hazardous chemical compounds present in the olive wastewater, i.e. reducing the chemical oxygen demand (COD) and polyphenol content. Results showed that indigenous microorganisms within table olive and olive mill wastewater have a strong tendency to form biofilms. Furthermore, when these biofilms are applied to a small-scale RBC system, significant lower levels of both COD (on average 55% for table olive wastewater (TOWW) and 46% for olive mill wastewater (OMWW) and total phenol (on average 51% for TOWW and 39% for OMWW) were obtained. Results from shocking the biofilms with chemicals routinely used during olive processing indicates that most have a negative effect on the biofilm population, but that the biofilms are able to survive and recover in a relatively short time. This study confirms the potential application of indigenous biofilms found in olive wastewater streams for future bioremediation technologies that form the basis for the development of an eco-friendly, easy-to-manage, low cost technologies specifically designed for the small South African olive processing industry.

MSc, Faculty of Science, University of the Witwatersrand, 2011 / A growing interest is on the biological remediation of pollutants with the added benefit of generating electricity in microbial fuel cells (MFCs). Therefore, the analyses of suitability and potential of full-strength paper mill effluent and cheese whey were separately investigated in such devices. The most promising effluent was selected for biofilm optimization studies. In the biofilm buildup studies, anodes were enriched with microorganisms inherent to whey for a period between one and three months before their application in reactors. Independently, pre-incubated electrodes which were two-month-old were used serially in four MFCs of seven days each. In the preliminary study, the maximum power densities were 24 ± 3 mW/m2 (0.02 % coulombic efficiency − εcb) and 16.7 ± 1.8 W/m2 (εcb = 3.7 %) in paper mill effluent and whey, respectively. Following a three-month acclimation of whey anodophilic microbes, the power increased to 1 800 W/m2 (εcb = 80.9 %) and 92.8 % total chemical oxygen demand (tCOD) removal after a single batch cycle in MFCs. In anode recycling experiments, the operation was characterised by power of 390 ± 21 W/m2 (εcb = 0.25 %) in the third anode reuse; whilst the second reactor cycle had the highest tCOD removal (44.6 %). The anodophilic microbial species identified in cheese whey were from the Lactobacillus genus. This study concluded that wastes can supply fuel for power generation with simultaneous remediation; whey had greater potential than paper mill effluent; and both continual acclimation of inherent waste microbes and anode recycling improved the performance of MFCs.

O Estado de São Paulo apresenta, atualmente, mais de 5.900 áreas contaminadas cadastradas, as quais foram ou devem ser submetidas a um processo de remediação. Os principais contaminantes identificados são os combustíveis automotivos, com destaque para os hidrocarbonetos derivados de petróleo. Dentre as técnicas de remediação existentes, e considerando-se a necessidade de inclusão dos princípios da sustentabilidade aos processos de remediação, destaca-se a estratégia de adição de composto orgânico ao solo contaminado. O composto apresenta grande potencial de biorremediação, pois é capaz de sustentar e promover o crescimento de diversas populações de microrganismos com habilidade de degradar uma série de contaminantes. Nota-se, no Brasil, grande potencial de utilização de composto para a remediação, tanto pelas características climáticas e físico-químicas dos solos quanto pela quantidade de resíduos orgânicos gerados no país. Dessa forma, a presente dissertação tem por objetivo estudar a aplicação de composto orgânico na remediação de solo contaminado por hidrocarbonetos derivados de petróleo, em escala laboratorial. Foi realizada a contaminação artificial de um solo argiloso com óleo diesel e uma mistura de óleo BPF, diesel e querosene, em duas concentrações (10 g/kg e 100 g/kg) e adicionado composto orgânico em duas proporções (1:0,1 e 1:0,5). Os resultados indicaram maiores reduções das concentrações de hidrocarbonetos totais de petróleo ao final do experimento para os tratamentos realizados com óleo diesel, da ordem de 60 % a quase 90 % no período de 91 dias. A presença do composto contribuiu para o aumento dos teores de matéria orgânica, sólidos voláteis, pH e condutividade elétrica dos tratamentos, além da melhoria da estrutura do solo e maior desenvolvimento de populações de microrganismos. Dessa forma, o composto atuou como fonte de energia para os microrganismos autóctones de solo e como fonte de novos microrganismos metabolicamente ativos, contribuindo para o aumento das taxas de biodegradação. Os resultados do presente trabalho indicam que a adição de composto se mostra eficaz na remediação de solos contaminados por hidrocarbonetos de petróleo, promovendo a melhoria das condições físicas, químicas e biológicos do solo e apresentando-se como uma técnica sustentável, com impactos positivos dos pontos de vista ambiental, social e econômico. / The State of São Paulo currently has more than 5,900 registered contaminated sites, which were or have to be submitted to a remediation process. The main contaminants identified are automotive fuels, with emphasis on petroleum-derived hydrocarbons. Among the existent remediation techniques, and considering the need to include sustainability principles to remediation processes, the strategy of adding organic compost to the contaminated soil stands out. The compost presents a great bioremediation potential as it is capable of sustaining and promoting the growth of diverse microorganisms populations, with potential to degrade a series of contaminants. In Brazil, there are great opportunities for the use of compost for the remediation of contaminated soils, both due to the climatic and physical-chemical characteristics of the soils and the amount of organic waste generated in the country. Thus, the present research aims to study the application of compost in the remediation of a hydrocarbon contaminated soil, in laboratory scale. It was performed the artificial contamination of a clay soil with diesel oil and a mixture of bunker oil, diesel and kerosene in two concentrations (10 g/kg and 100 g/kg) and the compost was added in two proportions (1:0.1 and 1:0.5). The results showed greater reductions in the concentrations of total petroleum hydrocarbons at the end of the experiment for treatments with diesel oil, ranging from 60% to almost 90% in a period of 91 days. The presence of compost contributed to an increase in the contents of organic matter and volatile solids, as well as in the values of pH and electrical conductivity. It was also observed an improvement of the soil structure and a greater development of microbial populations. Thus, the compost acted as an energy source for autochthonous soil microorganisms and as a source of new metabolically active organisms, contributing to the increase of biodegradation rates. The results of the present work indicate that the addition of compost is effective in the remediation of petroleum hydrocarbons contamination, promoting the improvement of the soil physical, chemical and biological conditions and being a sustainable technique with positive impacts from the environmental, social and economic points of view.

Nas ultimas décadas o processo de biossorção tem alcançado grande relevância no tratamento de efluentes contendo metais potencialmente tóxicos. O uso de bactérias nesse processo tem obtido destaque, uma vez que possuem inúmeras vantagens. O presente estudo pretendeu avaliar o mecanismo envolvido no processo de biossorção dos íons Pb(II) e Hg(II) por meio das linhagens Cupriavidus metallidurans (CH34) e Cupriavidus metallidurans (CH34/pCM3). Dentre os modelos estudados a isoterma de Langmuir foi a que melhor se ajusta ao processo de adsorção, apresentando uma capacidade máxima de adsorção (qmax) de 0,98 mg.g-1 para o Hg(II) e 86,2 mg.g-1 para o Pb(II), para a linhagem selvagem. Já para a linhagem recombinante o qmax obtido foi 3,4 mg.g-1 para o mercúrio e 172,4mg g-1 para o chumbo. Baseado nos valores referentes à energia livre de Gibbs (ΔG) o processo de retenção ocorreu de forma química e espontânea. A influencia do pH foi avaliada por meio de estudo competitivo entre os íons metálicos, em níveis equimolares. O valor que melhor contemplou a adsorção para ambos os íons foi o pH 7,0, tendo o Pb(II) demonstrado maior capacidade de retenção. Em pH 2,0 houve maior retenção do Hg (II), já em pH 10,0 o Pb(II) obteve maior retenção. Indicando que o meio influencia diretamente na competição dos íons metálicos pelos sítios ativos. Constatou-se que a retenção do metal é robusta e estável ao longo de 6 meses. Os resultados indicam que a Cupriavidus metallidurans (CH34/pCM3) pode ser uma boa opção para biossorção de íons metálicos por meio de biorreator. / In the last decades the biosorption process, has achieved great relevance treatment of effluents containing toxic metals. The use of bacteria in the process has several advantages. This study aimed to evaluate the mechanism involved in the biosorption process of Pb (II) and Hg (II) ions by C. metallidurans (CH34) and C. metallidurans (CH34/pCM3) genetically modified strain. The Langmuir isotherm was the best adjusts to the adsorption process. The maximum adsorption capacity (qmax) of 0.98 mg.g-1 for Hg (II) and 86.2 mg.g -1 to Pb (II), for a wild strain (pH 7,0). However, for a recombinant strain, the qmax was 3.4 mg.g-1 for mercury and 172.4 mg.g-1 for the lead (pH 7,0). Based on the Gibbs free energy (ΔG) values on the adsorption process, it occurred chemically and spontaneously. The Hg(II) presented high adsorption capacity at pH=2 in comparing with Pb(II). While Pb(II) presented high adsorption capacity at pH=10. The studies of binding process was robust and stable for 6 months. The results indicate that Cupriavidus metallidurans (CH34/pCM3) can be a good option for biosorption of metal in a bioreactor.

Processos estão sendo desenvolvidos a fim de recuperar áreas contaminadas por metais pesados. Assim, estudos que caracterizam fungos que degradam estes poluentes, se fazem necessários. Assim sendo, o objetivo desse trabalho foi caracterizar fungos em ambientes aquáticos contaminados por metais pesados e inserir genes a fim de melhorar absorção de metais pesados. 340 isolados fúngicos resistentes a quatro diferentes metais pesados (Pb, Cd, Cr e Hg) foram selecionados e identificados através de exame direto, microcultivo e seqüenciamento de ITS. Os isolados foram testados quanto a velocidade de crescimento radial em meios suplementados com metais pesados. Trichoderma sp. apresentou VCR de 0,9cm/dia (Pb), VCR de 0,7cm/dia (Cd), VCR de 0,8cm/dia e VCR de 0,9cm/dia(Hg). Curvularia afinis apresentou uma VCR de 0,3cm/dia; Uma cepa do gênero Penicillium apresentou alta VCR na maior concentração testada 0,26cm/dia na concentração de 0,5g/L de Cádmio; Aspergillus apresentou VCR de 0,42cm/dia e Microsphaeropsis arundinis apresentou VCR de 0,24 cm/dia. Trichoderma harzianum apresentou melhor capacidade de retenção de metal e foi observada em MET. Saccharomyces cerevisiae foi transformada com o gene sintético EC20 para aumento a retenção destes metais. / Processes are being developed in order to recover areas contaminated by heavy metals. Thus, studies featuring fungi that degrade these pollutants are needed. Therefore, the aim of this study was to characterize fungi in aquatic environments contaminated by heavy metals and insert genes in order to improve absorption of heavy metals. 340 fungal isolates resistant to four different heavy metals (Pb, Cd, Cr and Hg) were selected and identified through direct examination, microculture and ITS sequencing. The isolates were tested for the radial growth rate in media supplemented with heavy metals. Trichoderma sp. presented VCR 0,9cm / day (Pb), VCR 0.7cm / day (Cd), VCR 0.8cm / day and VCR 0,9cm / day (Hg). Curvularia afinis presented a VCR 0.3 cm / day; A strain of Penicillium showed high VCR at the highest concentration tested 0,26cm / day at a concentration of 0.5 g / L of cadmium; Aspergillus presented VCR 0,42cm / day and showed VCR arundinis Microsphaeropsis 0.24 cm / day. Trichoderma harzianum showed better metal holding capacity and was observed in TEM. Saccharomyces cerevisiae was transformed with the synthetic gene EC20 for increasing the retention of these metals.

Atualmente, a má qualidade da água continua a representar uma grande ameaça para a saúde humana, causando doenças graves, como diarreias, e diversos tipos de câncer devido a ingestão de compostos aromáticos e metais pesados. Estima-se que 88% dos casos dessas doenças sejam atribuídos ao abastecimento de água inseguro, saneamento e higiene. Este fato, em grande parte, deve-se ao mal controle de qualidade das águas tratadas. Assim, atualmente, uma das principais preocupações no estabelecimento de índices de qualidade de água, seja em base biológica ou através de métodos físico-químicos e matemáticos, é tornar as avaliações ecológicas com fins de rotina aplicáveis para pessoal não especializado. O presente trabalho, visando oferecer à sociedade subsídios para a adoção de tecnologias alternativas de tratamento e monitoramento de qualidade de águas, realizou uma análise sobre os potenciais dos Grãos de kefir e da planta kalanchoe pinnata como elementos bioindicadores de qualidade de águas tratadas, por meio de biorremediação com o micro-organismo Bacillus subtilis, e águas tratadas na Unidade de beneficiamento de águas (UPIBA). Os resultados dos experimentos evidenciaram que os grãos de kefir geraram respostas biológicas distintas, quando submetidos a diferentes concentrações de benzeno, presente em águas biorremediadas com o B. subtilis. E os ensaios aplicando a K. pinnata como agente bioindicador de qualidade de águas pluviais e SABESP, sugeriram que a mesma pode ser uma excelente bioindicadora em águas eutrofizadas, isto é, ricas em matéria orgânica / Currently, poor quality water continues to pose a major threat to human health, causing serious illnesses such as diarrhea and various types of cancer due to the ingestion of aromatic compounds and heavy metals. It is estimated that 88% of these diseases\' cases are caused by unsafe water supply, sanitation and hygiene. This is largely due to poor quality control of treated water. Thus, currently, one of the major concerns in establishing water quality indicators, whether on a biological basis or through physical-chemical and mathematical methods, is to make routine ecological assessments applicable to non-specialized personnel. The present paper, aiming to offer society subsidies for the adoption of alternative technologies for treating and monitoring water quality, carried out an analysis on the potentials of kefir grains and the kalanchoe pinnata plant as bioindicators of the quality of water treated by means of Bioremediation with the microorganism Bacillus subtilis and treated water in the UPIBA. The experiments\' results showed that the kefir grains generated different biological responses when submitted to different concentrations of benzene, present in bioremediated waters with B. subtilis. And trials applying K. pinnata as a bioindicator of rainwater quality and SABESP, have suggested that it may be an excellent bioindicator in eutrophic waters, that is, rich in organic matter.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os metais pesados, diferentemente, dos poluentes orgânicos, não podem ser quimicamente degradados. Assim, são usados processos de remediação químicos e físicos para a sua remoção, antes do lançamento em corpos dágua. Em sua maioria, estes processos são eficazes, mas, podem ser inviáveis economicamente ou, agravam o problema, pois, grandes quantidades de reagentes químicos podem ser necessários. A bioremediação, usando microorganismos como material bioabsorvente, tem sido aplicada com sucesso em vários casos. Células de leveduras podem acumular íons metálicos na superfície celular através do processo de adsorção, que é o processo passivo ou então, absorver o metal ativamente, que é acumulado no interior da célula. Neste trabalho foram estudados vários parâmetros, biológicos, fisiológicos e químicos, sendo estes parâmetros importantes para seleção de leveduras que possam ser usadas na captação do cádmio de meio aquoso. Fungos, Leveduras e bactérias quando expostos a situações adversas, apresentam uma resposta adaptativa que capacita a célula a sobreviver frente a tal estresse. Normalmente, nestas situações, o carboidrato trealose é sintetizado. Observamos que a presença de cloreto de cádmio induz a síntese de trealose, entretanto, o acúmulo deste carboidrato não desempenha papel protetor fundamental, nas condições estudadas. As linhagens de leveduras isoladas da fermentação da cachaça e, da região, apresentaram uma maior tolerância a altas concentrações de cádmio, quando comparadas a linhagens de laboratório. Todas as Saccharomyces cerevisiae (com exceção das de laboratório) toleram uma concentração de 50 ppm de cloreto de cádmio, somente a levedura Starmerela meliponinorum cresce a 100 ppm. A linhagem de laboratório Saccharomyces cerevisiae tolera apenas 10 ppm de cloreto. Altas concentrações de cloreto de cádmio inibem o crescimento das células de todas as linhagens de leveduras estudadas. A incorporação de cádmio pelas células de leveduras é dependente da concentração inicial do metal no meio e, do tempo que as células ficam expostas ao metal. Comparando-se, períodos curtos de exposição ao cádmio, 3 horas, com períodos longos, 24 horas, a incorporação de cádmio pelas células é maior quando as células permaneceram mais tempo em contato com o metal. Nas células vivas, a incorporação do cádmio é dependente da fase de crescimento. Células em fase estacionária captam menor quantidade de cádmio comparadas às células em fase logarítmica do crescimento. O aumento da massa não favorece a incorporação do metal. Por outro lado, leveduras mortas por autoclavação captam mais cádmio quando comparadas com leveduras vivas. Neste trabalho foram usadas nove linhagens de Saccharomyces cerevisiae isoladas da fermentação da cachaça, provenientes de alambiques do estado de Minas Gerais e, seis linhagens de leveduras, representando gêneros e, espécies diferentes, do gênero Saccharomyces, isoladas de nichos ecológicos regionais. Os resultados de incorporaçao são similares, indicando que a capacidade de incorporar cádmio, pelas leveduras vivas, não está muito ligada ao gênero ou, espécie empregada entretanto, todas apresentaram maior incorporação de cádmio quando, comparadas com as linhagens de Saccharomyces cerevisiae de laboratório. Este trabalho indica que é possível usar a biomassa de levedura de alambique, para incorporar cádmio de efluentes contaminados, sem a necessidade de isolamento das linhagens usando apenas as propriedades biosorventes e bioacumuladoras da biomassa total de leveduras.

Nenhuma / As atividades industriais lançam anualmente grandes quantidades de metais pesados no meio ambiente. Metais essenciais como ferro, selênio, sódio e potássio são absolutamente necessários para os sistemas biológicos em suas atividades bioquímicas e fisiológicas. Entretanto, metais como cádmio, mercúrio e arsênico, chamados de não-essenciais, não exercem nenhuma função biológica e são tóxicos até mesmo em concentrações-traço. Os métodos físico-químicos convencionais de tratamento de efluentes quando empregados em soluções diluídas cuja concentração de metal é menor que 100 mg.L-1 apresentam desvantagens como remoção incompleta do metal, reagentes, equipamentos caros, altos gastos de energia e produção de rejeitos secundários tóxicos. Frente a este fato, a biorremediação representa uma alternativa viável, podendo ser empregada nos mais diversos ambientes. O processo de biorremediação só se justifica se a biomassa utilizada for de fácil obtenção e de baixo custo, o que ocorre com as leveduras isoladas da fermentação da cachaça que foram utilizadas neste trabalho. O Brasil é o maior produtor mundial de etanol e único produtor de cachaça, bebida típica do país. Saccharomyces cerevisiae é a principal espécie utilizada na fermentação da cana de açúcar, sendo gerada em grandes quantidades e comercializada a baixo custo. Neste trabalho foram utilizadas 10 linhagens de S. cerevisiae isoladas de grandes alambiques mineiros, sendo testadas quanto à capacidade de incorporação de cádmio e às alterações bioquímicas decorrentes desta incorporação. Tanto células viáveis quanto nãoviáveis foram testadas e comparadas quanto à remoção do metal, assim como células prétratadas com selênio, um metal essencial para o metabolismo de enzimas. As leveduras de alambiques foram mais eficientes na captação de cádmio quando comparadas à linhagem laboratorial W303-WT. Todas as linhagens foram capazes de incorporar cádmio tanto por bioacumulação como por biossorção, sendo que as linhagens UFMG-A1007 e UFMG-A1011 quando vivas foram as mais eficazes na captação do metal. Determinou-se o efluxo de íon potássio durante o influxo de cádmio. A presença do metal na superfície celular foi demonstrada pela técnica de EDS, comprovando que o cádmio se liga a componentes presentes na parede celular de leveduras. O crescimento celular foi avaliado em meio de cultura líquido adicionado de cádmio. Observou-se que todas as linhagens da fermentação foram capazes de crescer em presença de cádmio, o que não ocorreu com a linhagem de comparação (laboratorial). A tolerância ao cádmio foi testada através do crescimento das linhagens em meio sólido suplementado com 100 mg.L-1 (0,5 mM) de CdCl2. Os resultados mostram que o desenvolvimento da linhagem W303-WT foi fortemente inibido em todas as concentrações o que não ocorreu com as outras leveduras. Os lipídeos peroxidados foram determinados como forma de demonstrar os danos causados às membranas pela exposição ao cádmio. As leveduras da fermentação apresentaram menores danos aos lipídios, mostrando serem mais resistentes aos efeitos do cádmio. A determinação dos resíduos sulfidrílicos totais indicou que a presença do metal no meio intracelular deve estimular os mecanismos de defesa frente ao estresse ocasionado pelo cádmio. A capacidade scavenging de cada extrato bruto das leveduras foi analisada, sugerindo que a resistência celular das linhagens não está relacionada diretamente com o conteúdo antioxidante das mesmas. Estes resultados comprovam que as leveduras isoladas da fermentação da cachaça são mais eficientes na captação de cádmio e são mais resistentes aos efeitos da incorporação do metal, quando comparadas à linhagem laboratorial. / The industrial activities annually discharging large quantities of heavy metals in the environment. Essential metals as iron, selenium, sodium, and potassium are absolutely necessary for biological systems in their biochemical and physiological activities. However, metals as cadmium, mercury, and arsenic called non-essential, not is any biological function and are toxic even at trace concentrations. Physico-chemical conventional methods of treatment of the effluent when employed in diluted solutions whose concentration of metal is lower than 100 mg.L-1, have disadvantages as an incomplete removal of the metal, reagents, expensive equipments, high energy costs and production of secondary toxic waste. Bioremediation represents an appropriate alternative which can be employed in different environments. Bioremediation process is justified only if the biomass used is easy to obtain and low cost, which occurs with isolated yeasts from the cachaça fermentation that were used in this work. Brazil is the biggest world producer of ethanol alcohol and the only one producer of cachaça, drink typical of the country. Saccharomyces cerevisiae is the main species used for the fermentation of the sugar cane, which is generated in big quantities and commercialized at low cost. In this work, 10 strains of S. cerevisiae isolated from big mineiros stills and tested in relation to their capacity of incorporating cadmium and the biochemical change from cadmium incorporation. Viable cells and non-viable were tested and compared in removal of metal as well as cells pre-treated with selenium, a essential metal for the metabolism of enzymes. Yeasts from fermentation were more efficient in the uptake of cadmium as compared to laboratory strain W303-WT. All strains were able to incorporate cadmium as by bioaccumulation as by biosorption, considering that UFMG-A1007 and UFMG-A1011 strains, when alive were, more effective than in uptake of the metal. During the uptake of cadmium was determined the efflux of ion potassium. The presence of metal on cellular surface was demonstrated by the EDS technique showed that cadmium binds to components in cellular walls of the yeasts. Cellular growing was determined by curves growth with crescent concentrations of cadmium in liquid medium. It was observed that all strains of the fermentation were able to grow in the presence of cadmium what did not happen with the comparison strain (laboratorial). The tolerance of cadmium was tested through cellular growing in solid medium supplemented with 100 mg.L-1 (0,5 mM) of CdCl2. The results show that increasing of strain W303-WT was strongly inhibited in all dilutions which did not occur with other yeast. The peroxidation of lipids was determined as a way to show damages caused to membranes by exposure to cadmium. Yeasts from the cachaça fermentation presented less damage to lipids showing to be more resistant to the effects of cadmium. The determination of total sufhydryl residues indicated that the presence of the metal in the intracellular environment to stimulate the defense mechanisms against the stress caused by cadmium. The scavenging capacity of each brut extract of yeasts was analyzed, suggesting that cellular resistance of strains is not directly related to antioxidant content of themselves. These results demonstrate that the yeasts isolated from the fermentation of cachaça are more efficient in uptake of cadmium and are more resistant to effects of metal incorporation when compared to laboratorial strain.

Nas ultimas décadas o processo de biossorção tem alcançado grande relevância no tratamento de efluentes contendo metais potencialmente tóxicos. O uso de bactérias nesse processo tem obtido destaque, uma vez que possuem inúmeras vantagens. O presente estudo pretendeu avaliar o mecanismo envolvido no processo de biossorção dos íons Pb(II) e Hg(II) por meio das linhagens Cupriavidus metallidurans (CH34) e Cupriavidus metallidurans (CH34/pCM3). Dentre os modelos estudados a isoterma de Langmuir foi a que melhor se ajusta ao processo de adsorção, apresentando uma capacidade máxima de adsorção (qmax) de 0,98 mg.g-1 para o Hg(II) e 86,2 mg.g-1 para o Pb(II), para a linhagem selvagem. Já para a linhagem recombinante o qmax obtido foi 3,4 mg.g-1 para o mercúrio e 172,4mg g-1 para o chumbo. Baseado nos valores referentes à energia livre de Gibbs (ΔG) o processo de retenção ocorreu de forma química e espontânea. A influencia do pH foi avaliada por meio de estudo competitivo entre os íons metálicos, em níveis equimolares. O valor que melhor contemplou a adsorção para ambos os íons foi o pH 7,0, tendo o Pb(II) demonstrado maior capacidade de retenção. Em pH 2,0 houve maior retenção do Hg (II), já em pH 10,0 o Pb(II) obteve maior retenção. Indicando que o meio influencia diretamente na competição dos íons metálicos pelos sítios ativos. Constatou-se que a retenção do metal é robusta e estável ao longo de 6 meses. Os resultados indicam que a Cupriavidus metallidurans (CH34/pCM3) pode ser uma boa opção para biossorção de íons metálicos por meio de biorreator. / In the last decades the biosorption process, has achieved great relevance treatment of effluents containing toxic metals. The use of bacteria in the process has several advantages. This study aimed to evaluate the mechanism involved in the biosorption process of Pb (II) and Hg (II) ions by C. metallidurans (CH34) and C. metallidurans (CH34/pCM3) genetically modified strain. The Langmuir isotherm was the best adjusts to the adsorption process. The maximum adsorption capacity (qmax) of 0.98 mg.g-1 for Hg (II) and 86.2 mg.g -1 to Pb (II), for a wild strain (pH 7,0). However, for a recombinant strain, the qmax was 3.4 mg.g-1 for mercury and 172.4 mg.g-1 for the lead (pH 7,0). Based on the Gibbs free energy (ΔG) values on the adsorption process, it occurred chemically and spontaneously. The Hg(II) presented high adsorption capacity at pH=2 in comparing with Pb(II). While Pb(II) presented high adsorption capacity at pH=10. The studies of binding process was robust and stable for 6 months. The results indicate that Cupriavidus metallidurans (CH34/pCM3) can be a good option for biosorption of metal in a bioreactor.

O presente trabalho visou a construção de uma linhagem recombinante de levedura que apresentasse a proteína MerR ancorada à sua superfície celular externa. Para tanto, foi realizada a fusão gênica do gene codificador de MerR de C. metallidurans, que apresenta elevada afinidade e seletividade para íons mercúrio, com a sequência codificadora da região C- terminal da proteína Flo1p, utilizado como âncora. A fusão gênica foi inserida entre as sequência codificadoras do promotor e terminador de transcrição do gene da fosfoglicerato quinase (PGK) do vetor de expressão de levedura pMA91, obtendo-se o plasmídeo recombinante pMA91MF. Esse plasmídeo foi empregado na transformação genética da linhagem de S. cerevisiae YPH252. A linhagem de S. cerevisiae recombinante YPH252/pMA91MF apresentou a proteína MerR ancorada na superfície celular e mostrou ter capacidade aumentada de ligar Hg2+ em relação à linhagem de levedura controle YPH252/pMA91. Portanto, foi confirmada a funcionalidade do sistema de ancoragem da proteína MerR à superfície celular de levedura aumentando a biossorção de mercúrio pela linhagem recombinante, com potencial para ser utilizada como uma ferramenta biotecnológica para a biorremediação de águas contaminadas com mercúrio. / This work describes the construction of recombinant yeast strain by anchoring MerR on the cell wall, using the C-terminal region of the Flo1 protein as an anchor. Therefore, several molecular cloning steps resulted in the inserting of gene fusion SS-merR-Flo428 (-factor signal sequence, coding sequence of MerR and C-terminal region of the Flo1 protein) into a yeast expression vector, pMA91, under control of the S. cerevisiae 3-phosphoglycerate kinase (PGK) promoter, the resulting plasmid was named pMA91MF. This plasmid carrying the anchoring and expression cassette MerR was used to transform the S. cerevisiae YPH252 strain. The transformants were selected by genetic complementation the Leu+ phenotype. The display of MerR on the cell surface of recombinant strain YPH252/pMA91MF was confirmed by transmission electron microscopy (TEM).After 10 min of incubation with 5.0 mM HgCl2, recombinant strain YPH252/pMA91MF adsorbed 109.6 mg Hg2+/g dry cell weight, 54% higher than the Hg2+ binding capacity of control strain YPH252/pMA91. After 10 min of incubation with 10.0 mM HgCl2, recombinant strain adsorbed 173.8 mg Hg2+g dry cell weight, 84% higher than the Hg2+ binding capacity of control strain (94.5 mg de Hg2+/g dry cell weight). The rapid initial adsorption of Hg2+ suggests an instantaneous binding of Hg2+ to MerR anchored on the cell surface of the recombinant yeast strain. It was observed that the binding rate to Hg2+ showed saturation with increasing external ion concentrations and reached saturation of HgCl2 in 15.0 mM after 120 min of incubation. Probably the input Hg2+ inside the cells affected cell function, but detoxification mechanisms are still active, protecting the cells from the toxic effect of Hg2+. The results confirm the construction of the recombinant strain YPH252/pMA91MF and functionality of the anchoring system for MerR on the yeast cell surface, increasing the mercury biosorption by recombinant yeast strain, with potential for use as a biotechnological tool for the bioremediation of contaminated water with mercury.