Análise computacional de dados gênicos de resistência a antibióticos e a metais em amostras metagenômicas de lodo de reator anaeróbio tratando vinhaça de cana-de-açúcar
Data
2024-11-29
Autores
Oliveira, Gabriel Molina Regalado de 
Orientadores
Saia, Flavia Talarico
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Resumo
A vinhaça, efluente da produção do etanol, apresenta conteúdo orgânico e nutricional favorável para a produção de metano através da digestão anaeróbia, que apesar de ser um gás do efeito estufa, mais potente que o dióxido de carbono, pode ser reutilizado como fonte energética, térmica ou elétrica, indo ao encontro dos objetivos do desenvolvimento sustentável (ODS) da ONU para atenuar as mudanças climáticas. No entanto, durante o processo de produção há alguns possíveis interferentes, como os antibióticos e metais da cadeia produtiva do etanol. Assim, conhecer os genes de resistência a antibióticos (ARGs) e a metais (MRGs) é importante para um melhor entendimento do processo de digestão anaeróbia e para a proposição de melhorias, tanto na produção de biogás, quanto na remoção de ARGs e MRGs do digerido e do digestato. Deste modo, através de ferramentas de bioinformática, tais genes foram acessados temporalmente, a partir de dados metagenômicos do lodo de um reator em escala piloto operado com vinhaça para remoção de matéria orgânica e produção de biogás. Os resultados mostraram que a abundância relativa dos principais genes identificados variou entre 0,77% e 1,86%, com classes de resistência relacionadas principalmente às tetraciclinas, aminocumarinas, MLS e rifampicinas, e de MRGs relacionados ao arsênio, cobre e ferro. O enriquecimento de ARGs e MRGs no lodo do biorreator indica uma possível presença desses genes no microbioma da vinhaça, bem como de antibióticos e metais. Os ARGs e MRGs interagem entre si, mas não interferem na digestão anaeróbia e, portanto, na remoção de matéria orgânica e produção de biogás. No entanto, limita a reutilização da vinhaça como um biofertilizante, tal como ocorre atualmente.
Vinasse, the effluent from ethanol production, has a favorable organic and nutritional content for the production of methane through anaerobic digestion, which despite being a greenhouse gas, more potent than carbon dioxide, can be reused as an energy source, thermal or electrical, in line with the UN's Sustainable Development Goals (SDGs) to mitigate climate change. However, during the production process there are some possible interferents, such as antibiotics and metals in the ethanol production chain. Therefore, knowing the antibiotic resistance genes (ARGs) and metal resistance genes (MRGs) is important for a better understanding of the anaerobic digestion process and for proposing improvements, both in biogas production and in the removal of ARGs and MRGs from the digestate. Using bioinformatics tools, these genes were accessed temporally, using metagenomic data from the sludge of a pilot-scale reactor operated with vinasse to remove organic matter and produce biogas. The results showed that the relative abundance of the main genes identified varied between 0.77% and 1.86%, with resistance classes mainly related to tetracyclines, aminocoumarins, MLS and rifampicins, and MRGs related to arsenic, copper and iron. The enrichment of ARGs and MRGs in the bioreactor sludge indicates the possible presence of these genes in the vinasse microbiome, as well as antibiotics and metals. ARGs and MRGs interact with each other, but do not interfere with anaerobic digestion and therefore with the removal of organic matter and the production of biogas. However, they limit the reuse of vinasse as a biofertilizer, as is currently the case.
Vinasse, the effluent from ethanol production, has a favorable organic and nutritional content for the production of methane through anaerobic digestion, which despite being a greenhouse gas, more potent than carbon dioxide, can be reused as an energy source, thermal or electrical, in line with the UN's Sustainable Development Goals (SDGs) to mitigate climate change. However, during the production process there are some possible interferents, such as antibiotics and metals in the ethanol production chain. Therefore, knowing the antibiotic resistance genes (ARGs) and metal resistance genes (MRGs) is important for a better understanding of the anaerobic digestion process and for proposing improvements, both in biogas production and in the removal of ARGs and MRGs from the digestate. Using bioinformatics tools, these genes were accessed temporally, using metagenomic data from the sludge of a pilot-scale reactor operated with vinasse to remove organic matter and produce biogas. The results showed that the relative abundance of the main genes identified varied between 0.77% and 1.86%, with resistance classes mainly related to tetracyclines, aminocoumarins, MLS and rifampicins, and MRGs related to arsenic, copper and iron. The enrichment of ARGs and MRGs in the bioreactor sludge indicates the possible presence of these genes in the vinasse microbiome, as well as antibiotics and metals. ARGs and MRGs interact with each other, but do not interfere with anaerobic digestion and therefore with the removal of organic matter and the production of biogas. However, they limit the reuse of vinasse as a biofertilizer, as is currently the case.
Descrição
Citação
OLIVEIRA, Gabriel Molina Regalado de. Análise computacional de dados gênicos de resistência a antibióticos e a metais em amostras metagenômicas e metatranscriptômicas de lodo de reator anaeróbio tratando vinhaça de cana-de-açúcar. 2024. 101 f. Dissertação (Mestrado Interdisciplinar em Ciência e Tecnologia do Mar) - Universidade Federal de São Paulo, Instituto do Mar, Santos, 2024.