Submitted by MILENA NOVA CASTELBLANCO null (milenan80@gmail.com) on 2016-05-18T23:09:22Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Biotecnologia_Milena_Nova.pdf: 2319209 bytes, checksum: 5f8a2cf09d53469b118673ce803f4c05 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-05-20T19:50:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 castelblanco_mn_me_araiq_par.pdf: 1007182 bytes, checksum: a277306214e78520e7169816799bf058 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-20T19:50:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 castelblanco_mn_me_araiq_par.pdf: 1007182 bytes, checksum: a277306214e78520e7169816799bf058 (MD5) Previous issue date: 2016-05-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A demanda crescente de metais como ferro, cobre, entre outros ocasionou o esgotamento progressivo dos depósitos minerais; de tal modo que as companhias mineradoras desenvolveram tecnologias alternativas aos métodos convencionalmente aplicados para a recuperação e extração de metais valiosos partir de minerais de baixo teor e outras fontes de metais polimetálicos como minerais de ferro que contem metais de base associados. Uma dessas alternativas é a biomineração que utiliza principalmente microrganismos procariontes e eucariontes para acelerar a dissolução oxidativa de minerais sulfetados presentes em minérios de baixo teor produzindo a solubilização de metais associados; esta biotecnologia é atualmente usada apenas para processar minérios reduzidos e rejeitos minerais uma vez que a maioria destes minerais são sulfetados. No entanto, muitos metais de valor econômico também são encontrados em minerais que são parcial ou totalmente oxidados como as lateritas de cobre ou níquel, minerais que não são susceptíveis à dissolução oxidativa; portanto, os minerais de ferro férrico contidos nesses minérios não podem ser processados oxidativamente, pois estes compostos são susceptíveis de serem reduzidos por processos biológicos, derivando na solubilização de metais associados. Microrganismos acidófilos tais como Acidithiobacillus ferrooxidans podem catalisar a redução dissimilatória de íons férricos na ausência de oxigênio para acelerar a solubilização destes metais. Estudos recentes têm mostrado que essa nova abordagem pode ser utilizada para extrair metais tais como níquel e cobre a partir de minérios oxidados a uma velocidade mais elevada do que pode ser conseguido por processos oxidativos. Neste trabalho, foram realizados ensaios de redução biológica de íons férricos acoplado a oxidação anaeróbia de enxofre elementar em um biorreator automatizado de 2 L com temperatura, agitação e pH constantes, usando um minério de ferro e uma cultura pura da bactéria anaeróbia facultativa At. ferrooxidans. A amostra foi fornecida pelo Instituto Tecnológico Vale - Desenvolvimento Sustentável (ITV-DS) e analisada por difração de raios X (DRX) evidenciando fases dominantes de monazita (Ce, La, Nd, Th) PO4, coesita (SiO2) e goethita (FeO (OH)). Os resultados do processo mostraram que metais como Cr, Al, Ca, Co Cu, K, Mg Mn, Ni, Pb e Zn foram solubilizados no processo bioredutivo com porcentagens de remoção de 93,3% para Mn e 34,7 para Zn, Nb um metal raro e as terras raras como lantânio (La) e cério (Ce) foram também solubilizadas no processo com 61%,17,9 % e 3,2% respetivamente, as outras terras raras que não solubilizaram como Sm e Nd foram expostas no resíduo mineral. Também foram solubilizados fosfatos nos primeiros dez dias atingindo 1% de solubilização. O resíduo solido foi avaliado por DRX e apresentou formação de novas fases como sodalita (K7,7Na0,3(AlSiO4)6(Cl)4)2), berlinita (AlPO4) e hematolita ((Mn2+, Mg, Al)15(AsO3) (AlO4)2(OH)2) e uma aparente diminuição da presença das fases de goethita e monazita. A análise do resíduo por microscopia eletrônica de varredura com emissão de campo (MEV-FEG) mostrou uma diferença na diminuição da presença das partículas menores presentes na amostra original e claramente uma maior presença de partículas maiores no sólido biolixiviado. Os resultados obtidos neste trabalho mostraram a recuperação de diversos metais, além de terras raras num minério de ferro, a recuperação de fosfatos que não estava prevista como objetivo inicial do trabalho, também foi observada. Estes resultados evidenciam que a dissolução redutiva catalisada por bactérias é uma alternativa promissória para a utilização de diversos tipos de minério de baixo teor que não poderiam ser processados por processos oxidativos e que seriam uma fonte para a recuperação de metais e outros compostos de interesse econômico, além de ser. ambientalmente amigável comparada com os processos convencionalmente aplicados para a recuperação de metais. / The growing demand for metals such as iron, copper, and others has caused the gradual exhaustion of mineral deposits; such a way that the mining companies have developed technologies alternative to the methods conventionally applied for the recovery and extraction of valuable metals from low grade minerals and other sources of polymetallic metals such as iron minerals which contains base metals associated. One such alternative is the biomining which uses mainly microorganisms prokaryotes and eukaryotes to accelerate the oxidative dissolution of sulphide minerals present in low grade ores producing solubilization of associated metals; This biotechnology is currently used only to process reduced ores and minerals tailings since most of these minerals are sulphides. However, many metals of economic value are also found in minerals that are partially or fully oxidized like copper or nickel laterites, minerals that are not susceptible to oxidative dissolution; therefore, the mineral ferric iron contained in these ores can not be oxidatively processed, since these compounds are capable of being reduced by biological processes, deriving the associated solubilizing metals. Acidophilic microorganisms such as Acidithiobacillus ferrooxidans can catalyze the dissimilatory reduction of ferric iron in the absence of oxygen to accelerate the solubilization of these metals. Recent studies have shown that this new approach can be used to extract metals such as copper and nickel from oxide ores at a higher speed than can be achieved by oxidative processes. In this work were carried out biological reduction tests of ferric iron coupled anaerobic oxidation of elemental sulfur in an automated bioreactor 2 L with temperature, agitation and pH constant in anaerobic conditions using an iron ore and a pure culture of facultative anaerobic bacterium At. ferrooxidans. The sample was provided by the Vale Technology Institute - Sustainable Development (ITV-DS) and analyzed by X-ray diffraction (XRD) showing dominant phases of monazite ((Ce, La, Nd, Th) PO4), coesita (SiO2) and goethite (FeO (OH)). The process results showed that metals such as Cr, Al, Ca, Co Cu, K, Mg, Mn, Ni, Pb and Zn were solubilized in the bioreductive process with removal percentages 93.3% by Mn and 34.7, for Zn, Nb, a rare metal and rare earths elements such as lanthanum (La) and cerium (Ce) were also solubilized in the process with 61%, 17.9% and 3,2% respectively, other rare earths not solubilized as Sm and Nd were exposed in the mineral residue. Also were solubilized phosphates in the first ten days to reach 1% solubilization. The solid residue was evaluated by XRD and showed formation of new phases such as sodalite (K7,7Na0,3(AlSiO4)6(Cl)4)2), berlinita (AlPO4) and hematolita ((Mn2+, Mg, Al)15(AsO3) (AlO4)2(OH)2) and an apparent reduction in the presence of goethite and monazite phases Analysis of the residue by scanning electron microscopy with field emission (SEM-FEG) showed a difference in reducing the presence of smaller particles present in the original sample and clearly a greater presence of larger particles in the solid biolixiviado. The results of this study showed the recovery of various metals, besides rare earths in an iron ore, phosphates recovery which was not expected as initial objective of this study was also observed. These results show that the reductive dissolution catalyzed by bacteria is a promising alternative to the use of different types of low grade ores that could be processed by oxidative processes and it would be a source for recovery of metals and other compounds of economic interest, besides being environmentally friendly compared to the processes conventionally applied to the recovery of metals.

Orientador: Laura Maria Mariscal Ottoboni / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-10T19:02:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Verde_LeandroCostaLima_M.pdf: 22357047 bytes, checksum: a920490b43f710509a803be1562c34e3 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Acidithiobaci/lus ferrooxidans é uma bactéria Gram negativa, mesofilica, acidofilica, quimiolitotrófica, capaz de obter energia da oxidação do íon ferroso, enxofre ou compostos reduzidos de enxofre. É um dos principais microrganismos responsáveis pela lixiviação de metais, podendo ser utilizada em processos industriais para obtenção de cobre, urânio ou metais preciosos, a partir de minérios de baixo teor. Na primeira parte deste projeto foi analisada a expressão diferencial de genes, através de RAP-PCR., em células de A. ferrooxidans mantidas na presença dos sulfetos metálicos bomita e calcopirita por 24 horas. Dezoito cDNAs com expressão diferencial foram identificados. Esses cDNAs tiveram a expressão diferencial confirmada e caracterizada por PCR em tempo real. Na presença de bomita, nenhum dos genes foi reprimido, e dentre os induzidos estão os envolvidos na síntese de proteínas. Na presença de calcopirita, cinco genes envolvidos no pr~cessamento de proteínas foram reprimidos e cinco genes envolvidos no sistema de transporte foram induzidos. A expressão diferencial desses genes na presença dos dois sulfetos de cobre pode ser devido a alterações do pH, a presença de íons de cobre em solução e a limitação de nutrientes. Dentre os genes com expressão mais acentuada na presença de calcopirita, foi encontrado um que codifica uma proteína receptora dependente de TonB. Esta proteína está envolvida no sistema de captação de Fe3+. Na segunda parte deste trabalho foi feita uma análise do genoma de A. ferrooxid.ans. Esta análise mostrou que o gene que codifica a proteína receptora dependente de TonB se encontra agrupado com outros seis genes envolvidos com o sistema de captação de Fe3+. A expressão destes genes foi analisada porPCR em tempo real em células de A. ferrooxidans mantidas por 24 horas na presença de bomita e calcopirita. Os resultados mostraram que a expressão dos genes é induzida na presença de calcopirita e inalterada na presença de bomita. Uma possível explicação para isto é a quantidade de ferro que é menor na presença de calcopirita, por ser um minério de dificil oxidação. O sistema de captação de ferro é regulado por uma proteína chamada Fur. Uma análise de bioinformática da região do genoma onde se encontram os genes envolvidos na captação de Fe3+ mostrou a existência de três novas regiões de regulação, denominadas de box Fur. Uma análise no banco de dados de domínio conservado (CDD - NCBI) revelou que o receptor dependente de TonB analisado neste trabalho pertence à família de receptores CirA / Abstract: Acidithiobacillus ferrooxidans is a Gram-negative, mesophilic, acidophilic, chemolithoautotrophic bacterium that obtains energy from the oxidation of ferrous iron, elemental sulfur and reduced sulfur compounds. A. ferrooxidans is one of the most used microorganisms in bioleaching, an industrial process used for the recovery of copper, uranium or gold, fiom lowgrade ores. In the first part of this project the differentially expressed cDNAs were isolated by RAP-PCR from A. ferrooxidans cells maintained for 24 hours in the presence of the metal sulfides bomite and chalcopyrite. A total of 18 differentially expressed cDNAs were isolated. The differential expression of the cDNAs was confirmed by real time PCR. The results showed that these genes were not down-regulated in the presence of bomite and among the up-regulated genes were those involved in protein synthesis. In the presence of cha1copyrite, five genes related to p~otein processing ~ere down-regulated, and another five genes related to transport were upregulated. The up- and down-regulation of genes in the presence of bomite and chalcopyrite could be due to alterations in the ideal pH, the presence of copper ions in solution and nutrient limitation. Among the genes that were up-regulated in the presence of chalcopyrite, was one that encodes for a TonB-dependent receptor. This protein is part of a system involved in Fe3+ uptake. An analysis of the A. ferrooxidans genome was performed in the second part of this work and showed that the gene that encodes for !he TonB-dependent receptor is clustered with six other genes fiom the Fe3+ uptake system. The relative expression pattem of lliese genes was investigated by real time PCR in A. ferrooxidans cells maintained for 24 h iri, the presence of bomite and chalcopyrite. The results.showed that the expression of the genes is up-regulated in the presence of chalcopyrite and unchanged in the presence of bomite. A possible explanation for this is the amount of iron in solution that was smaller in the presence of chalcopyrite, since this copper sulfide is very refractory. The iron uptake genes are regulated by a protein named Fur. A bioinformatics analysis of the genomic region where these genes were found revealed the existence of three new Fur boxes. An analysis on the Conserved Domain Database (CDD NCBI) revealed that the TonB-dependent receptor belongs to the CirA family of receptors / Mestrado / Biologia Celular / Mestre em Genética e Biologia Molecular

>Magister Scientiae - MSc / The waste products acid mine drainage (AMD), formed during coal mining and fly ash (FA) from coal burning power generation, pose substantial environmental and economic problems for South Africa. Eskom has developed a remediation system employing alkaline FA to neutralize and precipitate heavy metals from toxic acidic AMD streams. The aim of this study was to assess the microbial diversity in and microbial impact on this remediation system. The total microbial diversity was assessed by well-established molecular phylogenetic analyses using 16S rDNA gene sequences. The results obtained from the AMD confirmed the presence of acidophilic organisms, such as Acidithiobacillus ferrooxidans (At. ferrooxidans). After co-disposal of FA and AMD, microbial cell growth was not detected and microbial genomic DNA could not be extracted. The absence of microbial communities in the co-disposal phase is beneficial to the continuation of the development of such a co-disposal process. Results of this project will assist in the effective implementation of FA-AMD co-disposal systems, which may improve water quality in effected regions of South-Africa.

Les impacts environnementaux dues à l'extraction minière sont considérables. C'est l'action des microorganismes, en utilisant leur métabolisme du soufre sur les déchets miniers, qui engendre les plus grands défis. Jusqu'à présent, peu de recherches ont été effectués sur les microorganismes environnementaux pour la compréhension globale de l'action du métabolisme du soufre dans une optique de prévention et de rémédiation des impacts environnementaux de l'extraction minière. Dans cette étude, nous avons étudié une bactérie environnementale, Acidithiobacillus thiooxidans, dans le but de comprendre le métabolisme du soufre selon le milieu de culture et le niveau d'acidité du milieu. Nous avons utilisé la transcriptomique à haut débit, RNA-seq, en association avec des techniques de biogéochimie et de microscopie à électrons pour déterminer l'expression des gènes codants les enzymes du métabolisme du soufre. Nous avons trouvé que l'expression des gènes des enzymes du métabolisme du soufre chez ce microorganisme sont dépendantes du milieu, de la phase de croissance et du niveau d'acidité présent dans le milieu. De plus, les analyses biogéochimiques montrent la présence de composés de soufre réduits et d'acide sulfurique dans le milieu. Finalement, une analyse par microscopie électronique révèle que la bactérie emmagasine des réserves de soufre dans son cytoplasme. Ces résultats permettent une meilleure compréhension de son métabolisme et nous rapprochent de la possibilité de développer une technique de prédiction des réactions ayant le potentiel de causer des impacts environnementaux dus à l'extraction minière. / The environmental impact of mining extraction is important. The action of microorganisms using their sulfur metabolism to metabolise compounds in mining waste contributes to reactions that may impact water quality and the environment. Few studies have been conducted on environmental microorganisms to advance the global comprehension of their sulfur metabolism in an attempt to study their impact on the environment. In this study, we cultivate an environmental bacterium, Acidithiobacillus thiooxidans, in an attempt to understand its sulfur metabolism in different growth media and at different levels of acidity. We used high-throughput RNA sequencing in association with sulfur biogeochemistry and electron microscopy to determine the expression of the genes encoding sulfur metabolism enzymes. The expression of genes encoding sulfur metabolism enzymes was media and pH-dependent. Also, the biogeochemical analysis showed the presence of reduced sulfur intermediates and of sulfuric acid in the medium. Finally, an electron microscopic analysis revealed that the bacteria stock sulfur in the cytoplasm. These results resulted in a better comprehension of its sulfur metabolism and it opens the possibility to predict reactions in mining operations that have impact on the environment.

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