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DETALHES DO PROJETO

Construção de uma Linhagem Bacteriana Apta para Biorremediação de Efluentes Contaminados por Metais Pesados
Finalista/Vencedor:Vencedor   Status:Concluído    Permanente:Não    Ano de Início:2006    Conclusão:2011
Responsável: Universidade de São Paulo (USP) - Centro de Pesquisas em Biotecnologia
Telefone: (11) 3091-7275
E-mail: acgschen@usp.br
Edição: Prêmio ANA 2008
Categoria: Academia
Cidade/UF: São Paulo/SP
Abrangência: Internacional

Objetivo:
Realizar o melhoramento genético da bactéria Cupriavidus metallidurans CH34, no sentido de otimizar sua capacidade de adsorver íons de metais na sua superfície, visando à utilização da linhagem melhorada em processos de tratamento de efluentes contaminados por metais tóxicos.
Público-alvo:
A linhagem bacteriana construída neste projeto pode ser utilizada para a remediação de efluentes contaminados por metais, quer provenham de indústrias, da agricultura, de esgotos domésticos, etc. O presente trabalho traz uma contribuição inovadora no Brasil, engajando-se na busca por processos eficientes e amigáveis ao meio ambiente, capazes de diminuir o impacto ambiental de rejeitos contaminados por metais, que são produzidos em milhões de toneladas anualmente, e colaborar de forma objetiva na preservação dos recursos hídricos do planeta.
Ações Desenvolvidas:
Foi inicialmente sintetizado in vitro o gene que codifica uma poderosa fitoquelatina, proteína capaz de ligar-se eficientemente a numerosos metais. Por meio de técnicas de engenharia genética, este gene foi clonado na bactéria não patogênica Cupriavidus metallidurans CH34, de modo que a bactéria produzisse a fitoquelatina e a mantivesse ancorada na superfície celular, possibilitando-lhe adsorver os íons metálicos presentes no meio.

O projeto foi desenvolvido utilizando técnicas de biologia molecular e físico-químicas, tais como: manipulação de DNA (Sambrook; Russell, 2001); preparo de células eletrocompetentes (Taghavi et al. 1994; Sambrook; Russell, 2001); construção in vitro do gene sintético da fitoquelatina EC20sp sem o códon de terminação de síntese protéica (Bae et al., 2000); SDS-PAGE para análises de expressão da proteína de fusão (Studier, 1973); Western-blotting para a localização da proteína recombinante nas diferentes frações da célula (Veiga et al., 1999); espectrofotometria de emissão atômica (ICP-AES) e espectrometria de massas de alta resolução com fonte de plasma indutivamente ativado (ICP-MS) para a determinação do acúmulo de metal pelas linhagens bacterianas (Hernández et al.,1998), citometria de fluxo (Citômetro Beckman Coulter Cytomics FC500MPL) para a quantificação da expressão da proteína EGFP sob o comando dos promotores plac e pan e Microscopia Eletrônica de Transmissão (LEO 906E) para observação dos cortes histológicos das diferentes linhagens.
Resultados:
Os resultados confirmaram que a nova linhagem bacteriana construída neste trabalho apresenta, de fato, uma grande capacidade de biorremediar soluções contendo metais, ficando inteiramente recoberta pelos íons metálicos. Surpreendentemente, as modificações genéticas introduzidas em nada alteraram a fisiologia da linhagem, que apresenta cinética de crescimento semelhante à da linhagem original. A nova linhagem pode, portanto, ser considerada um eficiente agente de biorremediação de ambientes contendo metais, principalmente quando a biomassa é cultivada na presença de metais.

Ao mesmo tempo em que pode ser utilizada para a descontaminação de qualquer efluente contendo metais, esta linhagem bacteriana pode servir para concentrar e recuperar os metais perdidos durante o processo de extração de minérios, uma vez que, após ser adsorvido pela massa microbiana, o metal pode ser recuperado. O objetivo principal do trabalho, qual seja o de otimizar a capacidade de biorremediação de metais de C. metallidurans CH34, foi alcançado com sucesso, indicando que a estratégia de ancorar proteínas quelantes de metais na superfície bacteriana é viável e contribui para o desenvolvimento de ferramentas biotecnológicas úteis para a preservação do meio ambiente, em particular de um recurso natural tão precioso quanto a água doce.
Principais Números:
O presente trabalho produziu dois pedidos de patentes depositados no INPI (PI 0801277-6, PI 0801282-2, 01/04/2008) e dois artigos publicados em revistas científicas internacionais de alto fator de impacto (Ribeiro-dos-Santos G, Biondo R, Quadros OF, Vicente EJ, Schenberg ACG. A metal-induced promoter from Gram-positive Bacillus subtilis is highly active and metal-induced in Gram-negative Cupriavidus metallidurans. Biotechnology and Bioengineering 2010; 107: 469-477; Biondo R, Silva FA, Vicente EJ, Sarkis JES, Schenberg ACG. Synthetic phytochelatin surface display in Cupriavidus metallidurans CH34 for enhanced metals bioremediation. Environmental Science & Technology 2012; 46: 8325-8332).
Contribuição do Prêmio:
O Prêmio ANA trouxe grande visibilidade para o projeto, principalmente no âmbito acadêmico.
Corpos Hídricos:
A linhagem ainda não foi utilizada no meio ambiente.
Região Hidrográfica:
Outros Prêmios:
• Prêmio Santander de Ciência e Inovação/Biotecnologia - 2008 Menção honrosa no Prêmio Capes de Teses
• 2009 Prêmio Dow/USP de Sustentabilidade - 2010
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