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Title in Portuguese: Estudos ecológicos de comunidades microbianas tratando glicerol em condições anaeróbias pela aplicação de biologia molecular
Title: Ecological studies of microbial communities treating glycerol under anaerobic conditions by the application of molecular biology
Author: Vasconcelos, Eduardo Augusto Felipe de
Advisor(s): Santaella, Sandra Tédde
Co-advisor(s): Leitão, Renato Carrhá
Keywords: Ecologia microbiana
Digestão anaeróbia
Biorreatores
Hidrogênio
PCRDGGE
Issue Date: 2017
Citation: VASCONCELOS, Eduardo Augusto Felipe de. Estudos ecológicos de comunidades microbianas tratando glicerol em condições anaeróbias pela aplicação de biologia molecular. 2017. 14f. Tese (Doutorado em Ecologia e Recursos Naturais)- Universidade Federal do Ceará, 2017.
Abstract in Portuguese: Técnicas de biologia molecular aplicadas em digestão anaeróbia permitem estudar a ecologia microbiana e estrutura de comunidades em biorreatores. O glicerol é um subproduto da transesterificação e pode ser usado para produzir hidrogênio por digestão anaeróbia, portanto, conhecer as interações microbianas permite compreender a relação entre os fatores biológicos, operacionais e funcionais, aperfeiçoando os processos envolvidos e o desempenho do sistema. Esta pesquisa teve como objetivo estudar as variações de diversidade, riqueza e organização funcional da comunidade microbiana, relacionando os parâmetros ecológicos, operacionais, a funcionalidade e a produtividade de reatores anaeróbios. Reatores UASB hidrogênicos foram operados e monitorados, sob aumentos de COV. Os afluentes utilizados foram: glicerol residual e glicerol puro (duas fases), com solução de nutrientes em todos os afluentes.Analisou-se: DQO, metabólitos, pH, vazão, volume e composição de gás, organização funcional, riqueza, diversidade de Shannon, e espécies encontradas por sequenciamento de mSanger. Amostras do lodo foram coletadas e armazenadas a cada mudança de COV e o DNA foi extraído e amplificado com primers contendo grampos GC para os domínios Bacteria e Archaea, seguido por DGGE em gel de poliacrilamida (8%) para os dois domínios. As bandas resultantes foram excisadas, amplificadas, purificadas e sequenciadas. Os resultados mostraram que em cargas abaixo de 30 kg DQO/m3.d houve elevação da capacidade de suporte e estabilidade do meio, com baixa organização funcional e aumento da riqueza e diversidade em ambos os estudos, para ambos os domínios e substratos. Os parâmetros populacionais de Bacteria nos estágios seguintes reduziu e a organização funcional aumentou, indicando aumento gradual no nível de especialização da comunidade. Os aumentos populacionais foram maiores com glicerol residual do que com puro devido à especificidade do segundo substrato quando comparado ao residual, mais generalista. Os parâmetros ecológicos de Archaea nas etapas posteriores decaíram por inibição pelo substrato, o que promoveu aumento da produtividade do domínio bacteria. O glicerol puro se mostrou um substrato pior para o desenvolvimento de metanogênicas do que o residual.
Abstract: Molecular biology techniques applied in anaerobic digestion allow the study of microbial ecology and community structure in bioreactors. Glycerol is a byproduct of transesterification and can be used to produce hydrogen by anaerobic digestion, so understanding the microbial interactions is necessary to assess the relation among biological, operational and functional factors, improving the processes and the performance of the system. This research aimed to study the variations of diversity, richness and functional organization of the microbial community, analyzing ecological and operational parameters, as well as the functionality and productivity of anaerobic reactors. Hydrogenic UASB reactors were operated and monitored under OLR increases. The feeding used were: crude glycerol and pure glycerol (two phases), with nutrient solution in all the affluents. The parameters analyzed were: COD, metabolites, pH, flow, volume and gas composition, functional organization, range-weighted richness, Shannon diversity, and species found by Sanger sequencing. Sludge samples were collected and stored at each OLR change and the DNA was extracted and amplified with primers containing GC clamps for Bacteria and Archaea domains, followed by DGGE on polyacrylamide gel (8%) for both domains. The resulting bands were excised, amplified, purified and sequenced. The results showed that in OLR below 30 kg COD/m 3.d-1there was an increase in the carrying capacity and stability of the environment, with low functional organization and increased richness and diversity in both studies, for both domains and substrates. Population parameters of Bacteria in the following stages decreased and functional organization increased, indicating a gradual increase in the level of community specialization. Populational increases were greater with residual glycerol than with pure due to the specificity of the second substrate compared to the residual, a more generalist substrate. The ecological parameters of Archaea in the later stages decreased due to inhibition by substrate excess, which promoted an increase in the productivity of the bacterial domain. Pure glycerol proved to be a worse substrate for the development of methanogens than the residual.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/34501
metadata.dc.type: Tese
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