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Evaluation of Bacteroidetes dynamics in biodegradation process of polymeric blend Poly (ɛ-caprolactone) / starch / soy protein isolate in different soils

By Leandro Fonseca de Souza

Abstract

Resíduos produzidos em atividades industriais podem trazer danos significativos ao ambiente, principalmente quando estes não são degradáveis (ou são dificilmente degradáveis) por processos naturais. Polímeros sintéticos estão entre os principais resíduos descartados na natureza, permanecendo inertes por séculos e interferindo em processos ecológicos. Diante deste contexto, explorar o potencial biodegradável de plásticos e uma alternativa na substituição de embalagens descartáveis. Para a construção e otimização de materiais biodegradáveis, faz-se necessária a compreensão da ação da microbiota natural em processos de biodegradação natural. Neste trabalho, buscou-se compreender a dinâmica de microrganismos do filo Bacteroidetes no processo de biodegradação de blenda polimérica Poli (ɛ-caprolactona) / Amido/ Proteína Isolada de Soja (PCL/A/PIS), considerando solos e materiais plásticos distintos, como também a presença de genes notadamente associados a degradação biológica. Para tanto, partindo de amostras de DNA obtidas do solo ao longo do processo de biodegradação, foram utilizadas técnicas de PCR e PCR-DGGE (Reação de Polimerização em Cadeia - Eletroforese em Gel com Gradiente Desnaturante). Observou-se que: Bacteroidetes estão presentes em todos os momentos avaliados do processo de biodegradação da Blenda e do PCL; o solo Arenoso, onde a biodegradação e mais efetiva, apresenta comunidades com perfis bem delimitados, que se diferenciam na degradação da Blenda e do PCL; a dinâmica no solo Argiloso não exibe um padrão claro de influencia dos plásticos sobre a comunidade, apontando, porem para uma convergência de similaridade das comunidades sobre blenda e PCL no momento de maior atividade degradativa. Chitinophagaceae e uma família presente na biodegradação, sendo Chitinophaga pinensis uma das espécies presentes; genes exclusivos a esta espécie e outras da mesma família que codificam lipases e proteases, associados a degradação de polímeros pela literatura cientifica, estão presentes nas amostras de solo avaliadas, sendo possíveis atores na biodegradação dos plásticos. Bacteroidetes aparenta ser um filo importante em processos naturais de biodegradação de polímeros em solos, e explorar o potencial deste grupo e da família Chitinophagaceae pode oferecer subsídios para a construção de plásticos mais eficientes em sua biodegradação.The human productive activity has brought significant damage to the environment, particularly by the disposal of non-degradable waste (or poorly degradable) by natural processes. Synthetic polymers are among the main materials discarded, remaining inert for centuries, causing damage to the natural wildlife or interfering with ecological processes. Given this context, the potential use of biodegradable plastics is an alternative, both for agriculture and for the replacement of disposable packaging. For the construction and optimization of biodegradable materials it is necessary to understand the action of natural microbial communities in the process. Microorganisms have predominant and diversified roles in the biodegradation process, with complex ecological relationships in their responses, either by their phylogenetic relationships or the enzymes used during the process. In this work, we sought to understand the dynamics of Bacteroidetes phylum in the biodegradation process of polymer blend poly (ɛ-caprolactone) / starch / Soy Protein Isolate (PCL/ A/ SPI), considering different soils and plastics, and also the presence of genes associated with biological degradation. Therefore, starting from DNA samples taken from the soil during the biodegradation process, PCR techniques and PCR-DGGE (Polymerization Chain Reaction - Denaturing Gradient Gel Electrophoresis) were used. It was observed that: the Phylum Bacteroidetes is present in all periods evaluated of the biodegradation process of Blend, PCL and even soils without the addition of plastics; the sandy soil, where the biodegradation is more effective, presents communities with well defined profiles that differ in the degradation of blends and PCL; the dynamics in clay soil does not show a clear pattern of plastics influence over the community, pointing to a convergence of communities similarity in blends and PCL over greater degradation activity. Chitinophagaceae is a family present in biodegradation, Chitinophaga pinensis being one of the species present; genes unique to this species and others of the same family encoding lipases and proteases, associated with the degradation of polymers reported in the scientific literature, are present in the evaluated soil samples, potentially acting on plastics biodegradation. Bacteroidetes appears to be an important phylum in natural processes of polymer biodegradation in soils, and to explore the potential of this taxon and of Chitinophagaceae family can shed light on the construction of more efficient biodegradable plastics

Topics: Bacteroidetes, Bacteroidetes, Biodegradação, Biodegradation, CL/A/PIS Chitinophagaceae, Microbiologia do solo, PCL, PCL, PCL/ A/ SIP Chitinophagaceae, PCR-DGGE, PCR-DGGE, Soil microbiology, Microbiologia Agrícola
Publisher: Universidade de São Paulo
Year: 2015
OAI identifier: oai:agregador.ibict.br.BDTD_USP:oai:teses.usp.br:tde-14122015-110345
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