Desenvolvimento do kit monitox (biomassa liofilizada de Vibrio Fischeri) para o automonitoramento de toxidade de efluentes industriais

Abstract

Resumo: A bactéria marinha luminescente Vibrio fischeri é empregada em ensaios de detecção de compostos tóxicos eventualmente presentes em águas e efluentes. A luminescência está diretamente associada ao metabolismo bacteriano, que suscetível à ação de substâncias nocivas, há redução na emissão de luz. Quanto mais tóxica uma amostra, maior a diminuição de luminescência. Essa redução é rapidamente desencadeada, e portanto, V. fischeri é utilizada em avaliações preliminares para determinação de efeito tóxico em amostras ambientais, de suma importância para o diagnóstico de eventos de toxicidade em estações de tratamento de efluentes e em acidentes ambientais. Para oferecer uma opção de ferramenta de monitoramento, essa bactéria foi preparada como uma formulação liofilizada específica para testes rápidos com amostras de efluentes, denominada Monitox®. Esse reagente, acompanhado de acessórios e um luminômetro portátil, foi disponibilizado para estes de avaliação conduzidos por dez indústrias de iversas categorias, localizadas nos Estados de Santa Catarina, Paraná e São Paulo, durante três meses. O tipo de meio de cultivo e a concentração dos componentes do crioprotetor destacaram-se como fatores significativos na modulação da sensibilidade da biomassa frente aos inibidores de referência zinco e fenol. Dentre as condições avaliadas, a estratégia em aumentar a sensibilidade de Monitox® para detectar metais pesados foi priorizada, o que prejudicou a resposta para o fenol. Em relação ao reagente Biolux®Lyo (Ubiotech, Brasil), produto comercializado para a realização do ensaio padronizado com bactérias luminescentes, Monitox® apresentou sensibilidade de detecção significativ mente inferior para ambos os inibidores, ocasionada pela maior proporção dos ingredientes do crioprotetor em relação à quantidade de bactérias. A menor sensibilidade de Monitox® foi confirmada atra és dos testes realizados pelas empresas participantes, embora os resultados apresentaram correspondência aos dados obtidos através do ensaio padronizado NBR 15411-3 com Biolux®Lyo. Foi necessário adotar uma nova faixa de valores de fator de correção de luminescência (fc), de 0,35 a 0,95, a partir de uma comparação entre a capacidade de acumulação de luz pelos tubos fotomultiplicadores (PMT) dos luminômetros BioFix® Lumi-10 (Macherey-Nagel) e LUMIStox300 (Hach/Dr. Lange), e pelo emprego de um sistema alternativo para manutenção de temperatura de incubação entre 10-20ºC. O período médio de 75 minutos necessário para o preparo e exposição das amostras foi considerado longo pelas empresas de saneamento, sujeitas a frequentes descargas de grandes quantidades de resíduos com propriedades tóxicas desconhec das. O aprimoramento da formulação de Monitox® deverá abranger um estudo mais aprofundado de outras variáveis de cultivo e preparo do reagente, e proporcionar maior velocidade à execução do teste, de modo a atender a demandas específicas de sistemas de tratamento suscetíveis a impactos recorrentes provocados por afluentes altamente tóxicos.

Abstract: Vibrio fischeri, a luminescent marine bacterium, is used to detect possible toxic substances contaminating water bodies and effluents. Bioluminescence activity is directly related to bacterial metabolism, and any damage caused by toxicants immediately affects the biochemical pattern of light production. The more toxic the sample, the greater the loss of luminescence. Thus, the V. fischeri bioluminescence inhibition assay assumes an important role to characterize toxicity ocurrencies in wastewater treatment plants and accidental leakages, and it is often chosen as the first alternative in a test battery with other living organisms. A freeze-dried reagent based on V. fischeri, called Monitox®, was developed to offer a simple biological tool for toxicity measurement. In order to evaluate the acceptability of potential customers to this new methodology, Monitox® was assessed by 10 industries of several categories, localized at Santa Catarina, Paraná and São Paulo, during three months. All itens necessary for the realization of the test, including the microbial reagent, accessories and a portable luminometer, were supplied to the participating companies. Culture medium and concentration of the cryoprotectant additives were the most significant factors for the observed variations of bacterial sensitivity to the reference toxicants zinc and phenol. The strategy to increase the bacterial sensitivity of Monitox® for detecting low concentrations of heavy metals was prioritized, which reduced its capability to detect phenolic compounds. Moreover, Monitox® has shown lower inhibition data for effluent testing than Biolux®Lyo (lyophilized reagent for NBR 15411- 3:2006 standard procedure for acute toxicity assay), due to the higher proportion of cryoprotective medium associated with bacterial cells, reducing the bioavailability of metals and organic toxicants by sorption onto cryoprotectant components. A correction factor (fc) in the range of 0.35-0.95 based on negative control condition was determined, from comparison between the accumulation capacity of light by the photomultipliers tubes (PMT) of BioFix® Lumi-10 (Macherey-Nagel) and LUMIStox300 (Hach/ Dr. Lange) devices, and due to an alternative incubation system for temperature maintenance at 10-20ºC. An incubation period of 75 minutes necessary for sample preparing and exposition was considered impractible by the sanitation companies, which constantly receive a large amount of unknown and potentially toxic residues. The improvement of the reagent sensitivity and test performance should comprise further investigation of bacterial culture parameters, and provide shorter periods for acute toxicity estimation, in order to satisfy the specific requirements of WWTPs (wastewater treatment plants) susceptible to operational disorders.