Isolation of estuarine biosurfactant-producing bacteria

Abstract

Bioremediation has proven to be an effective strategy in the recuperation of oil contaminated ecosystems. However most bacteria used in this processes, while being able to degrade a wide range of the oil hydrocarbons, have limited action due to the low water solubility of these compounds. Hence, a possible solution for this problem would be the use of biosurfactant-producing bacteria, since the presence of surfactants help improve the hydrocarbons dispersal, solubilization and bioavailability. The objective of this work was to assess the biotechnological potential of Ria de Aveiro estuarine system regarding the presence of hydrocarbonoclastic biosurfactant-producing bacteria and to evaluate different combinations of environmental inocula and carbon sources for the isolation of biosurfactants producing bacteria. Selective cultures (diesel, crude and paraffin) were prepared using inocula from different environmental matrixes: samples from the surface microlayer (SML), bulk estuarine sediments and sediments of the rhizosphere of Halimione portulacoides, a characteristic halophyte from the salt marshes of Ria de Aveiro. During the incubation period, the development of the selective cultures was assessed by quantification of colony forming units (CFU). The highest value of CFU was obtained in the crude-sediment culture, while the lowest value was found with the diesel-rhizosphere combination. The DGGE profiles of the 16s rRNA gene fragments of the total community DNA extracted at the end of the incubation of the selective cultures, show that communities were different in terms of structural diversity. The values of the Shannon-Weaver index of diversity indicate that the higher diversity was achieved in the selective cultures with paraffin as carbon source (2.5231), followed by the crude oil (2.2509), and diesel (1.6726) selective cultures. From the selective cultures, 111 presumably hydrocarbonoclastic isolates were obtained after isolation and purification. Of these, 66 were tested for biosurfactant production by the atomized oil assay, with positive results for 17 isolates (25.8%). The environmental matrix with best results was the SML water and diesel was the most effective carbon source. Having in consideration the high number of isolates obtained from the selective cultures and the percentage of biosurfactant producers, the estuarine system of Ria the Aveiro, and in particular the SML, can be regarded as an interesting seedbank for the prospection of hydrocarbonoclastic and biosurfactants producing bacteria. The SML microhabitat shows particularly high biotechnological potential for the isolation of bacterial strains with interesting properties for application in bioremediation strategies in coastal and estuarine areas.

A biorremediação é tida como uma possível estratégia na recuperação de ecossistemas contaminados com hidrocarbonetos. A aplicação eficaz desta tecnologia é, no entanto, muitas vezes limitada pela natureza hidrofóbica dos contaminantes. O recurso a estirpes bacterianas simultaneamente degradadoras de hidrocarbonetos e produtoras de biossurfactantes apresenta um enorme potencial na reciclagem de compostos hidrofóbicos. Assim, o objectivo deste trabalho consistiu em avaliar o potencial biotecnológico do sistema estuarino da Ria de Aveiro quanto à presença de bactérias hidrocarbonoclásticas produtoras de biossurfactantes e a avaliação de várias combinações de inóculos ambientais e fontes de carbono para a obtenção de isolados bacterianos de interesse. Para tal foram realizadas experiências em meios selectivos (diesel, crude e parafina) a partir de inóculos de diferentes matrizes ambientais: amostras da microcamada superficial (SML), sedimentos estuarinos e rizosfera de bancos de Halimione portulacoides, uma planta halófita dos sapais da Ria de Aveiro. O desenvolvimento da cultura ao longo do período de incubação foi avaliado pela contagem de unidades formadoras de colónias (CFUs). A cultura selectiva com maior teor de bactérias cultiváveis foi a de crude-sedimento e aquela em que a abundância bacteriana foi mais baixa foi a de diesel-rizosfera. A partir da análise dos perfis de DGGE dos fragmentos do gene 16s rRNA do DNA total extraído das culturas selectivas verificou-se que no fim do período de incubação, o grau de semelhança entre as comunidades bacterianas das culturas selectivas é relativamente baixo. Pelo índice de diversidade de Shannon-Weaver a maior diversidade estrutural das comunidades bacterianas encontra-se nas culturas selectivas de parafina (2,5231), seguidas das de crude (2.2509) e das de diesel (1.6727). Das culturas selectivas, foi obtido um conjunto de isolados que foi testado quanto à capacidade de produção de biossurfactantes pelo método atomized oil. De 66 isolados testados, 17 produziram resultado positivo (25,8%), sendo a água da SML a matriz ambiental com melhores resultados e o diesel a melhor fonte de carbono para o isolamento de bactérias produtoras de biossurfactantes. Tendo em conta o elevado número de isolados obtidos e a percentagem de produtores de biossurfactantes, pode concluir-se que na Ria de Aveiro, particularmente na SML, existem comunidades bacterianas adaptadas à utilização se substratos hidrofóbicos, com uma boa representação de produtores de biossurfactantes. Os resultados confirmam a perspectiva de que a SML da Ria de Aveiro é um microhabitat com elevado potencial biotecnológico para isolamento de estirpes de bactérias hidrocarbonoclásticas produtoras de biossurfactantes com promissoras aplicações em processos de biorremediação de regiões estuarinas e costeiras após contaminação acidental com hidrocarbonetos de petróleo.