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Previous issue date: 2013-12-16 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Digestão anaeróbia é uma alternativa sustentável para utilização de dejetos animais como insumo energético. Neste contexto, a dinâmica da comunidade microbiana, inativação de patógenos ou mesmo disseminação de genes de resistência durante o processo de biodigestão se torna relevante. Este trabalho avaliou a diversidade taxonômica (domínios Bacteria e Archaea) e a persistência de grupos bacterianos de relevância e resistência a drogas antimicrobianas, em dois biodigestores contínuos de escala piloto operados a temperatura ambiente em duas estações, verão e inverno. O substrato era composto de fezes bovinas frescas diluídas com água de lavagem dos pisos (sólidos totais de 2 a 3%). Amostras do biogás foram coletadas para determinação dos teores de metano. Para análises físico-químicas dos afluentes (carregamento inicial) e efluentes, alíquotas foram coletadas ao longo de 60 dias de fermentação para análises de sólidos totais, voláteis e pH. Análises das comunidades microbianas foram realizadas por PCR quantitativo (qPCR), PCR-single strand conformation polymorphism (SSCP) e análise metagenômica. A densidade de diferentes grupos bacterianos foi realizada por contagem direta. Linhagens bacterianas foram identificadas bioquimicamente utilizando kits comerciais. A susceptibilidade a drogas foi determinada por diluição em ágar. Quantificação de genes que codificam resistência aos macrolídeos (ermB), aminoglicosídeos (aphA2) e beta-lactâmicos (blaTEM-1) foram observadas por qPCR. A taxonomia de bactérias clinicamente relevantes foi ainda avaliada, por similaridade, a partir de um banco de dados criado com 30 sequências de DNA codificadoras para o 16S rRNA de bactérias potencialmente patogênicas. Independente da estação, o processo de biodigestão apresentou desempenho semelhante, com taxas de rendimento médio e teores de metano, 59,2% no verão e 53,7% no inverno. A dinâmica e os valores médios do número de cópias do gene V3 Bacteria e Archaea também foram semelhantes. Ocorreram alterações na composição (filo e famílias) das comunidades microbianas entre as estações e estas mudanças não influenciaram na produção de metano. Provavelmente, ocorreu uma redundância de grupos capazes de realizar funções similares. Foram verificadas reduções significativas de grupos bacterianos de relevância clínico-microbiológica viáveis em ambas as estações. Apesar disso, bactérias multirresistentes foram detectadas tanto nos afluentes como nos efluentes. Cocos Gram-positivos (CGP), o grupo mais prevalente, foi resistente à penicilina e levofloxacino, enquanto resistência à ampicilina, ampicilina-sulbactam e cloranfenicol foi observado com maior frequência entre os bacilos Gram-negativos da família Enterobacteriaceae (ENT) e não fermentadores (BGN NF). Enterococcus spp. foram os CGP isolados com maior frequência e entre os BGN, Escherichia coli foi o mais abundante. Houve redução no número de cópias de todos os genes de resistência (ermB, aphA2 e blaTEM-1) durante o processo de biodigestão, porém mantidos níveis preocupantes nos efluentes. Taxonomia bacteriana avaliada por similaridade das sequências mostrou Clostridium spp., Acinetobacter e Strenotrophomonas como as bactérias mais identificadas. Apesar dos dados apresentados nesse estudo endossarem a digestão anaeróbia como solução importante para reciclagem e produção de energia, levanta preocupações sobre riscos de caráter sanitários durante o processo. Além disso, discussões a respeito do uso de antimicrobianos na pecuária leiteira são necessárias. / Anaerobic digestion is a sustainable alternative to using animal waste as an energy source. In this context, the dynamics of the microbial community, inactivation of pathogens or even spread of resistance genes during the process of digestion becomes relevant. This study evaluated the taxonomic diversity (Bacteria and Archaea domains) and the persistence of bacterial groups of relevance and resistance to antimicrobial drugs, analyzing two continuous pilot scale digesters operated at ambient temperature in two seasons, summer and winter. The substrate was composed fresh cow dung diluted with water for washing floors (total solids 2 to 3%). Biogas samples were collected to determine the levels of methane. For physico-chemical analysis of influent (initial load) and effluent, aliquots were collected during 60 days of fermentation for analyzes of total volatile solids and pH. Analyzes of microbial communities were performed by quantitative PCR (qPCR), PCR-single-strand conformation polymorphism (SSCP) analysis and metagenomics. The density of different bacterial groups was performed by direct counting. Bacterial strains were identified biochemically using commercial kits. The drug susceptibility was determined by the agar dilution method. Quantification of genes encoding resistance to macrolides (ermB), aminoglycosides (aphA2) and beta-lactams (blaTEM-1) were observed by qPCR. The taxonomy of clinically relevant bacteria was further evaluated by similarity from a database created with 30 DNA sequences coding for 16S rRNA of potentially pathogenic bacteria. Independent of season, the process of digestion showed similar performance, with rates average yield and percent methane, 59.2% in summer and 53.7% in winter. The dynamics and the average values of the number of copies of the gene V3 Bacteria and Archaea were also similar. Changes occurred in the composition (phylum and families) of the microbial communities between seasons and these changes did not influence the production of methane. Probably occurred a redundancy group able to perform similar functions. Significant reductions of bacterial groups of clinical and microbiological relevance viable in both seasons were observed. Despite this, multiresistant bacteria were detected in both the affluents and effluents. Gram-positive cocci (GPC), the most prevalent group was resistant to penicillin and levofloxacin, while ampicillin, ampicillin-sulbactam, chloramphenicol was observed more frequently among Gram-negative rods of the Enterobacteriaceae family (ENT) and not fermenters (NF GNR). Enterococcus spp. were most frequently GPC isolated and among the GNR, Escherichia coli was the most abundant. There was reduction in the number of copies of all the resistance genes (ermB, aphA2 and blaTEM-1) during the process of digestion, however, the effluent still showing concerning levels. Bacterial taxonomy evaluated by similarity of the sequences showed Clostridium spp., Acinetobacter and Strenotrophomonas were the bacteria more identified. In spite the data presented in this study showed anaerobic digestion as an important solution to recycling and energy production, raises concerns about health risks of character during the process. In addition, discussions regarding the use of antimicrobials in dairy farming are needed.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:hermes.cpd.ufjf.br:ufjf/726 |
| Date | 16 December 2013 |
| Creators | Resende, Juliana Alves |
| Contributors | Diniz, Cláudio Galuppo, Otenio, Marcelo Henrique, César, Dionéia Evangelista, Paiva, Aline Dias, Carneiro, Jailton Costa, Martins, Marta Fonseca |
| Publisher | Universidade Federal de Juiz de Fora, Programa de Pós-graduação em Ciências Biológicas: Imunologia e Doenças Infecto-Parasitárias/Genética e Biotecnologia, UFJF, Brasil, ICB – Instituto de Ciências Biológicas |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFJF, instname:Universidade Federal de Juiz de Fora, instacron:UFJF |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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