Produção de hidrogênio e compostos com atividade biológica por Acutodesmus obliquus

Abstract

Resumo : Microalgas possuem um elevado potencial biotecnológico como fonte de biocombustíveis (biodiesel, biohidrogênio) ou ainda como fonte de outros produtos de elevado valor agregado (produtos farmacêuticos, proteínas, pigmentos entre outros). No entanto, para que o cultivo de microalgas possa ser economicamente competitivo com outras fontes de combustível faz-se necessário a aplicação do conceito de biorrefinaria - instalações produtivas que geram e utilizam matéria prima de origem biológica, operando de forma totalmente integrada. Esta parece ser a estratégia mais acertiva para alcançar a viabilidade do processo de produção. Portanto, os objetivos deste estudo foram isolar e identificar a principal linhagem de microalga utilizada para a produção de biocombustíveis no NPDEAS, utilizando a seqüência de rDNA e análise micromorfológica, e avaliar o potencial desta linhagem na produção de hidrogênio e co-produtos com atividade biológica. Para a purificação da linhagem (LGMM0001), uma aliquita foi semeada em meio de cultivo CHU sólido e uma colônia isolada foi selecionada e mantida em meio CHU líquido. O DNA genômico foi purificado utilizando kit comercial (Macherey-Nagel, Düren, Alemanha), para identificação molecular, a região ITS (ITS1, 5,8S e ITS2) (Internal Transcribed Spacer) foi amplificada e sequenciada utilizando os iniciadores LS266 e V9G. A caracterização morfológica foi realizada utilizando o microscópio Axio Imager Z2 (Carl Zeiss, Jena, DE). A avaliação da produção de hidrogênio foi realizada seguindo a metodologia de Hemschemeier et al. (2009), todo o procedimento foi feito em duplicata. Por fim, para a pesquisa de atividade biológica, os metabólitos secundários foram extraídos por fracionamento com acetato de etila e clorometano, concentrados e avaliados contra bactérias de interesse clínico. Através de análises de microscopia, foram observadas características gerais compartilhadas pelos gêneros Scenedesmus e Acutodesmus. A plasticidade das características morfológicas desses gêneros reforça a necessidade de mais estudos para a correta classificação das espécies neste grupo utilizando sequenciamento de DNA. A análise da sequência ITS mostrou 100% de homologia com sequências da espécie Acutodesmus obliquus, e a linhagem (LGMM0001) foi classificada como pertencendo a esta espécie. A linhagem de microalgas avaliada foi capaz de produzir hidrogênio, mostrando resultados positivos para a formação do gás, com produção máxima para a linhagem isolada em 68,66±5,01mg/m3 . Assim como para a atividade biológica dos extratos obtidos a partir das fases de cultivo, a qual apresentou o melhor resultado com o extrato obtido do cultivo residual realizado com meio alternativo utilizado nos FBRs do NPDEAS, frente a linhagem patogênica S. aureus. Em conclusão, a linhagem de microalga utilizada neste trabalho foi caracterizada como Tetradesmus obliquus (=Acutodesmus obliquus), e foi capaz de produzir compostos com potencial econômico em associação com o processo de produção de biocombustíveis. Palavras chaves: Acutodesmus, hidrogênio, sequência de rDNA, biorrefinaria, atividade biológica.

Abstract : Microalgae have a high biotechnological potential as a source of biofuels (biodiesel, biohydrogen) or as a source of other products with high added value (pharmaceuticals, proteins, pigments among others). However, for microalgae cultivation to be economically competitive with other fuel sources, it is necessary to apply the concept of biorefinery - production facilities that generate and use raw material of biological origin, operating in a totally integrated way. This seems to be the most ambitious strategy to achieve the viability of the production process. Therefore, the objectives of this study were to isolate and identify the main microalgae line used to produce biofuels in NPDEAS using the rDNA sequence and micromorphological analysis and to evaluate the potential of this lineage in the production of hydrogen and co-products with biological activity. For the purification of the lineage (LGMM0001), an aliquite was seeded into solid CHU culture medium and an isolated colony was selected and maintained in liquid CHU medium. The genomic DNA was purified using commercial kit (Macherey-Nagel, Düren, Germany) for molecular identification, the ITS region (ITS1, 5.8S and ITS2) (Internal Transcribed Spacer) was amplified and sequenced using primers LS266 and V9G. Morphological characterization was performed using the Axio Imager Z2 microscope (Carl Zeiss, Jena, DE). The evaluation of the hydrogen production was carried out following the methodology of Hemschemeier and co-workers (2009), the entire procedure was done in duplicate. Finally, for biological activity research, secondary metabolites were extracted by fractionation with ethyl acetate and chloromethane, concentrated and evaluated against bacteria of clinical interest. Through microscopic analysis, general characteristics shared by the genus Scenedesmus and Acutodesmus were observed. The plasticity of the morphological characteristics of these genera reinforces the need for further studies to correctly classify the species in this group using DNA sequencing. ITS sequence analysis showed 100% homology with sequences from the Acutodesmus obliquus species. The lineage (LGMM0001) was classified as belonging to this species. The microalgae line evaluated was able to produce hydrogen, showing positive results for gas formation, with maximum production for the isolated line at 68,66 ± 5,01 mg/m3 . As for the biological activity of the extracts obtained from the cultivation phases, which presented the best result with the extract obtained from the residual culture carried out with alternative medium used in the NPDEAS FBRs, against the S. aureus pathogenic lineage. In conclusion, the microalgae line used in this work was characterized as Tetradesmus obliquus (=Acutodesmus obliquus), and was able to produce compounds with economic potential in association with the biofuel production process. Key-words: Scenedesmus, Acutodesmus, hydrogen, rDNA sequence, biorefinery, biological activity.