Oil descontamination by benthic microbial communities

Abstract

Os sedimentos marinhos são um reservatório de hidrocarbonetos petrogénicos libertados naturalmente ou acidentalmente para o ambiente marinho. Nos sedimentos marinhos, os hidrocarbonetos são usados como fonte de carbono e energia por comunidades bacterianas complexas. Contudo, a eficiência de biodegradação poderá ser limitada por fatores ambientais. Este trabalho aborda o previsível impacto das condições particulares do mar profundo, da acidificação dos oceanos e da adição de dispersantes químicos nos processos de biodegradação de hidrocarbonetos em ambientes marinhos. Numa primeira fase, a função de destoxificação primária das bactérias degradadoras de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAP) nos sedimentos do mar profundo foi avaliado através de uma compilação de informação disponível na literatura científica e também através de uma análise dependente do cultivo envolvendo culturas de enriquecimento de sedimentos de vulcões de lama do mar profundo. Posteriormente, o impacto interativo da acidificação do oceano e da contaminação por hidrocarbonetos petrogénicos em comunidades bacterianas bênticas foi avaliado, em experiências de simulação multifatorial em sistema de microcosmo previamente executadas, com sedimentos subsuperficiais estuarinos. Finalmente, foi executado uma experiência multifatorial em sistema de microcosmos para avaliar o impacto da aplicação de dispersantes químicos em situações simuladas de derrame de hidrocarbonetos em sedimentos estuarinos portuários. Os resultados obtidos, através da análise da fração cultivável, indicam que nos sedimentos do mar profundo a comunidade bacteriana degradadora de HAP é distinta da encontrada noutros sedimentos marinhos devido à predominância de bactérias relacionadas com o género Bacillus. Nos ensaios de microcosmos, apesar das diferenças entre os cenários testados, as comunidades bacterianas revelaram-se em geral, estáveis. Nos sedimentos subsuperficiais estuarinos, as alterações abióticas impostas foram provavelmente atenuadas pela barreira sedimentar sobrejacente e a comunidade bacteriana pareceu ser estável em termos de estrutura e atividade. Do mesmo modo, a dispersão química de hidrocarbonetos petrogénicos, apesar de aumentar a biodisponibilidade de PAH, não alterou significativamente a composição das comunidades bacteriana de sedimentos superficiais estuarinos. Possivelmente, a exposição prévia do sedimento portuário a poluição por hidrocarbonetos poderá ter condicionado a resposta da comunidade bêntica bacteriana à contaminação por petróleo. Em conclusão, a degradação bacteriana de hidrocarbonetos é um processo ubíquo em sedimentos marinhos e as comunidades bacterianas degradadoras revelam elevada estabilidade relativamente à variação de fatores ambientais.

The marine sediment compartment is a key sink for naturally and accidentally released oil hydrocarbons in the marine environment. Here, complex communities of interacting bacterial species will efficiently use oil hydrocarbons as sources of carbon and energy. However, the efficiency of the biodegradation process can be limited by some near-future scenarios. This work addresses different environmental scenarios regarding oil hydrocarbon biodegradation in marine sediments. First, the role of bacteria as primary detoxifiers of polycyclic aromatic hydrocarbons in deep-sea sediments was evaluated through the compilation of available data and through a culture-dependent analysis of enrichment cultures derived mud volcano sediments. Next, the impact of the interactive effects of ocean acidification and oil hydrocarbon contamination was further analyzed in subsurface estuarine sediments. Finally, the impact of chemically dispersed oil in estuarine port sediments is evaluated through a multi-factorial microcosm simulation. Results show that , in deep sea mud volcano sediments, the culturable fraction of the PAH-degrading bacterial community seems distinct from other environments, with a predominance of Bacillus-like bacteria. In the microcosmbased assays, despite the differences between them, the overall bacterial community exhibit a reliable stability. In subsurface sediments, abiotic changes tested were possibly attenuated by the superficial sediment barrier and bacterial seem stable to environmental changes. Also, the chemical dispersion of oil, despite enhancing PAH concentration, did not impose significant alterations to the bacterial community composition at the marine sediment surface. The potential pre-exposure of the port sediment to oil hydrocarbon pollution may have preconditioned the response of the benthic bacterial communities to oil contamination. In conclusion, oil-hydrocarbon biodegradation is ubiquitous and communities exhibit a structural stability to environmental changes.