Name: bioprospecting of extremophilic microorganisms to address environmental pollution
Uploaded: 2021-12-30T16:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Bioprospecting of Extremophilic Microorganisms to Address Environmental Pollution at JoVE.com

Este trabalho foi apoiado pelo ERA-NET Cofund MarTERA: "FLAshMoB: Functional Amyloid Chimera for Marine Biosensing", PRIN 2017-PANACEA CUP:E69E19000530001 e pela GoodbyWaste: Obtaingood produtos-exploram por produtos-reduzir resíduos, MIUR 2017-JTNK78.006, Itália. Agradecemos ao Dr. Monica Piochi e à Dra.

1. Amostragem de microrganismos de sítios geotérmicos
<ol><li>Escolha o local para amostragem usando como critério locais com temperatura e pH desejados. Meça os parâmetros físicos através de uma sonda termopar digital, inserindo-a nas piscinas ou lamas selecionadas.</li>
	<li>Coletar 20 g de amostras de solos (neste caso, de lama no sítio hidrotérmico de Pisciarelli Solfatara), recolhendo-os com uma colher esterilizada. Pegue pelo menos duas amostras para cada local escolhido.</li>
	<li>Coloq...

As fontes termais contêm uma diversidade inexplorada de microbiomas com capacidades metabólicas igualmente diversas12. O desenvolvimento de estratégias para o isolamento de microrganismos que possam converter eficientemente metais pesados em compostos menos tóxicos10 representa uma área de pesquisa de crescente interesse em todo o mundo. Este artigo tem como objetivo descrever uma abordagem simplificada para a triagem e isolamento de micróbios com a capacidade de resi...

Os ambientes extremos do nosso planeta são excelentes fontes de microrganismos capazes de tolerar condições severas (ou seja, temperatura, pH, salinidade, pressão e metais pesados)1,2, sendo Islândia, Itália, EUA, Nova Zelândia, Japão, África Central e Índia, as áreas vulcânicas mais reconhecidas e estudadas 3,4,5,6,7,8,9 . Os termófilos evoluíram em ambientes severos em uma faixa de temperaturas de 45 °C a 80 °C 10,11,12. Os microrganismos termofílicos, pertencentes aos reinos arqueais ou bacterianos, são um reservatório para o estudo da biodiversidade, filogênese e produção de biomoléculas exclusivas para aplicações industriais 13,14,15,16. De fato, nas últimas décadas, a contínua demanda industrial no mercado global tem incentivado a exploração de extremófilos e termozymes para suas aplicações diversificadas em diversos campos biotecnológicos 17,18,19.
As fontes termais, onde os organismos vivem em consórcios, são ricas fontes de biodiversidade, representando assim um habitat atraente para estudar a ecologia microbiana20,21. Além disso, essas áreas ricas em metais vulcânicos são comumente colonizadas por microrganismos que evoluíram sistemas de tolerância para sobreviver e se adaptar à presença de metais pesados22,23 e, portanto, estão ativamente envolvidos em seus ciclos biogeoquímicos. Atualmente, metais pesados são considerados poluentes prioritários para os seres humanos e para o meio ambiente. Os microrganismos resistentes ao metal pesado são capazes de solubilizar e precipitar metais transformando-os e remodelando seus ecossistemas24,25. A compreensão dos mecanismos moleculares da resistência ao metal pesado é um tema quente para a urgência de desenvolver novas abordagens verdes 26,27,28. Nesse contexto, a descoberta de novas bactérias tolerantes representa o ponto de partida para o desenvolvimento de novas estratégias de bioremediação ambiental24,29. Ao acompanhar os esforços para explorar ambientes hidrotérmicos através de procedimentos microbiológicos e aumentar o conhecimento sobre o papel dos genes que sustentam a tolerância ao metal pesado, foi realizada uma triagem microbiana na área de primavera quente de Campi Flegrei, na Itália. Este ambiente rico em metais pesados mostra uma poderosa atividade hidrotérmica, fumarole e piscinas de ebulição, variável em pH e temperatura em dependência de sazonalidade, chuvas e movimentos geológicos subterrâneos30. Nessa perspectiva, descrevemos uma maneira fácil de aplicar e eficaz de isolar bactérias resistentes a metais pesados, por exemplo, Geobacillus stearothermophilus GF1631 (nomeado como isolado 1) e Alicyclobacillus mali FL1832 (nomeado como isolado 2) da área de Pisciarelli de Campi Flegrei.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Ampicillin</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>A9393</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aura Mini</td>
			<td>bio air s.c.r.l.</td>
			<td></td>
			<td>Biological hood</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bacitracin</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>B0125</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cadmium chloride</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>202908</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloramphenicol</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>C0378</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ciprofloxacin</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>17850</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cobalt chloride</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>C8661</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copper chloride</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>224332</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Erythromycin</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>E5389</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Exernal Service</td>
			<td>DSMZ</td>
			<td></td>
			<td>Leibniz Institute DSMZ-German Collection of Microorganisms and Cell Cultures GmbH</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Genomic DNA Purification Kit</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>#K0721</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kanamycin sulphate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>60615</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MaxQTM 4000 Benchtop Orbital Shaker</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>SHKE4000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mercury chloride</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>215465</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanoDrop 1000 Spectrophotometer</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nickel chloride</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>654507</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Orion Star A221 Portable pH Meter</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>STARA2218</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium (meta) arsenite</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S7400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium arsenate dibasic heptahydrate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>A6756</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium chloride</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S5886</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Streptomycin</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S6501</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetracycline</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>87128</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tryptone BioChemica</td>
			<td>Applichem Panreac</td>
			<td>A1553</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vancomycin</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>PHR1732</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Yeast extract for molecular biology</td>
			<td>Applichem Panreac</td>
			<td>&#160;A3732</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

bioprospecting of extremophilic microorganisms to address environmental pollution

As nascentes geotérmicas são ricas em vários íons metálicos devido à interação entre rocha e água que ocorre no aquífero profundo. Além disso, devido à variação sazonalidade do pH e da temperatura, a flutuação na composição do elemento é observada periodicamente dentro desses ambientes extremos, influenciando as comunidades microbianas ambientais. Microrganismos extreílicos que prosperam em aberturas térmicas vulcânicas desenvolveram mecanismos de resistência para lidar com vários íons metálicos presentes no ambiente, participando assim de ciclos biogeoquímicos metálicos complexos. Além disso, os extremófilos e seus produtos têm encontrado uma ampla base no mercado, e isso vale especialmente para suas enzimas. Nesse contexto, sua caracterização é funcional para o desenvolvimento de biossistemas e bioprocessos para monitoramento ambiental e bioremediação. Até o momento, o isolamento e o cultivo em condições laboratoriais de microrganismos extreílicos ainda representam um gargalo para a exploração plena de seu potencial biotecnológico. Este trabalho descreve um protocolo simplificado para o isolamento de microrganismos termofílicos de fontes termais, bem como sua identificação genotípica e fenotípica através das seguintes etapas: (1) Amostragem de microrganismos de sítios geotérmicos ("Pisciarelli", uma área vulcânica de Campi Flegrei em Nápoles, Itália); (2) Isolamento de microrganismos resistentes ao metal pesado; (3) Identificação de isolados microbianos; (4) Caracterização fenotípica dos isolados. As metodologias descritas neste trabalho podem ser geralmente aplicadas também para o isolamento de microrganismos de outros ambientes extremos.

Local de amostragem Este protocolo ilustra um método para o isolamento de bactérias resistentes a metais pesados de uma fonte termal. Neste estudo, a área de Pisciarelli, um ambiente geotérmico ácido-sulfísico, foi utilizada como local de amostragem (Figura 1). Este ecossistema é caracterizado pelo fluxo de fluidos sulfúricos agressivos derivados de atividades vulcânicas. Foi demonstrado que as comunidades microbianas em sistemas geotérmicos ác...

Watch this Scientific Journal Video about Bioprospecting of Extremophilic Microorganisms to Address Environmental Pollution at JoVE.com

Bioprospecting of Extremophilic Microorganisms to Address Environmental Pollution

O isolamento de micróbios resistentes a metais pesados de fontes geotérmicas é um tema quente para o desenvolvimento de bioremediação e monitoramento ambiental de biossistemas. Este estudo fornece uma abordagem metodológica para isolar e identificar bactérias tolerantes a metais pesados a partir de fontes termais.

Bioprospecção de microrganismos extreílicos para enfrentar a poluição ambiental

Geothermal springs are rich in various metal ions due to the interaction between rock and water that takes place in the deep aquifer. Moreover, due to ...

O protocolo descreve uma abordagem simplificada para a triagem e isolamento de micróbios resistentes a metais pesados de Fontes geotérmicas. Essa abordagem representa uma área de pesquisa de crescente interesse mundial pela aplicação no campo da biosensação e bioremediação. O método descrito pode ser facilmente modificado para isolar micróbios de diversas fontes ambientais, como água, alimentos, solo ou sedimentos.A concentração inibitória mínima para identificar micróbios resistentes é uma estratégia rápida para caracterizar as novas espécies ou cepas. Este protocolo é fácil de executar e requer apenas habilidade manual e experiência com as técnicas básicas de microbiologia. Para começar, inocular dois gramas de amostra coletada em 50 microlitos de médium Luria-Bertani recém-preparado com um pH de quatro ou sete.Incubar esta amostra na temperatura do local de amostragem mais ou menos cinco graus Celsius. Placa 200 microliters da amostra em ágar Luria-Bertani com um pH de quatro ou sete e mantê-lo em uma condição estática a 55 ou 60 graus Celsius por 48 horas. Após a incubação, isole colônias únicas e repita este ciclo de chapeamento de raia pelo menos três vezes.Para preparar um mililitro de estoque celular congelado, adicione 20% de glicerol às células cultivadas durante a noite. Use uma mistura de acetona e gelo seco para congelamento rápido. Para preparar um inóculo de um estoque de glicerol, inocular 50 microliters em 50 mililitros de Luria-Bertani.Para obter um perfil de crescimento, dilui essa pré-cultura em 10 microliters de Luria-Bertani. Para ajustar a densidade óptica para 0,1 adicione 600 nanômetros. Cresça essas células por 16 horas a 55 ou 60 graus Celsius no agitador orbital.Meça a densidade óptica em 600 nanômetros em intervalos de 30 minutos. Curva a partir deste dado com tempo no eixo X e densidade óptica a 600 nanômetros no eixo Y. Traçar curvas de crescimento semelhantes com pH variado do meio de cultura, para determinar o pH ideal para condições laboratoriais, Inocular o isolado listrado do estoque de glicerol em 50 microlitres de luria-bertani médio e incubar durante a noite.Centrifugar essa cultura cultivada durante a noite por 10 minutos a 5.000 vezes G, em seguida, descartar o supernaspeuta e colher a paleta de cultura. Prepare 10 mililitros de tampão de lise bacteriana composto por 20 milimerlares Tris-HCL, dois milimônios EDTA, 1,2% Triton X-100 e 20 miligramas por mililitro lysosome imediatamente antes do uso. Suspenda a pelota em 180 microliters de tampão de bactérias.Extração genômica de DNA como instruído no kit de purificação e medir DNA genômico e sua pureza por UV-Vis. Para avaliar a pureza, determine as razões de densidade óptica de 260 a 280 e 260 a 230. Avalie a integridade do DNA genômico carregando 200 nanogramas de cada amostra em um gel de 0,8% de agarose e comparando a distribuição de tamanho a uma altura, marcador molecular de peso.Cresça o isolado do estoque de glicerol em 200 mililitros de Luria-Bertani para o pH ideal e condições de temperatura. Diluir cada pré-cultura em cinco mililitros de médium Luria-Bertani em 50 mililitros de tubos de polipropileno contendo concentrações crescentes de metais pesados e antibióticos para obter uma densidade óptica de 0,1 a 600 nanômetros. Cresça as células por 16 horas em um agitador orbital com 180 revoluções por minuto a 55 ou 60 graus Celsius.Calcule a concentração inibitória mínima para antibióticos ou metais pesados identificando os valores de concentração nos tubos onde o crescimento microbiano não ocorre. Verifique se a concentração é inibitória e não letal para as células, emplacando 200 microliters da cultura cultivadas em concentrações inibitórias mínimas em placas de ágar Luria-Bertani e verificando a presença de colônias após a incubação noturna. Este protocolo foi utilizado para testar amostras bacterianas da área de Piscarelli, um ambiente geotérmico sulfúrico ácido Caracterização fenoplica dos microrganismos isolados mostrou que o isolado tem maior tolerância ao arsenato e vanadate e é resistente ao cádmio.Dados comparativos sugerem que o isolado tem uma forte resistência ao arsênico pentavalente, enquanto o isolado dois tem resistência ao arsênico trivalente. Testes de resistência a antibióticos mostraram que o isolado é altamente sensível a todos os antibióticos testados, mesmo quando baixas concentrações foram usadas. Em contraste, o isolado dois é resistente a todos os antibióticos testados, exceto clorofenicol e tetraciclina.O microrganismo provavelmente adquiriu resistência a antibióticos devido a mutações aleatórias ou transferência de genes horizontais representando uma vantagem seletiva em condições ambientais extremas. Este estudo demonstra a utilidade desses métodos para selecionar microrganismos ambientais que podem inativar os poluentes e convertê-los em produtos inofensivos.

Research

JoVE Journal

Environment

Use of Chironomidae (Diptera) Surface-Floating Pupal Exuviae as a Rapid Bioassessment Protocol for Water Bodies

Use of Chironomidae Diptera Surface-Floating Pupal Exuviae as a Rapid Bioassessment Protocol for Water Bodies

Uso de Chironomidae (Diptera) Pupal Exuviae como um Bioavaliação Protocolo Rápido para massas de água de superfície flutuante

Rapid bioassessment protocols using benthic macroinvertebrate assemblages have been successfully used to assess human impacts on water quality. ...

Ambiente

Vegetated Treatment Systems for Removing Contaminants Associated with Surface Water Toxicity in Agriculture and Urban Runoff

Vegetated Sistemas de Tratamento para Remoção de Contaminantes Associados à Toxicidade de Águas Superfícies na Agricultura e Escorrências Urbanas

Urban stormwater and agriculture irrigation runoff contain a complex mixture of contaminants that are often toxic to adjacent receiving waters. Runoff may ...

A 3-dimensional (3D)-printed Template for High Throughput Zebrafish Embryo Arraying

A 3-dimensional 3D-printed Template for High Throughput Zebrafish Embryo Arraying

Um 3-dimensional (3D)-impresso modelo alto Throughput Zebrafish embrião põr

The zebrafish is a globally recognized fresh water organism frequently used in developmental biology, environmental toxicology, and human disease related ...

Assessing the Particulate Matter Removal Abilities of Tree Leaves

Avaliar as habilidades de remoção de partículas de árvore folhas

Based on the conventional cleaning methods (water cleaning (WC) + brush cleaning (BC)), this study evaluated the influence of ultrasonic cleaning (UC) on ...

Composition and Distribution Analysis of Bioaerosols Under Different Environmental Conditions

Composição e análise da distribuição de Bioaerossóis sob diferentes condições ambientais

Variable microorganisms in particulate matter (PM) under different environmental conditions may have significant impacts on human health. In this study, ...

Using Caenorhabditis elegans for Studying Trans- and Multi-Generational Effects of Toxicants

Using Caenorhabditis elegans for Studying Trans- and Multi-Generational Effects of Toxicants

Usando Caenorhabditis elegans para estudar trans-e multi-Generational efeitos de toxicants

Information about toxicities of chemicals are essential in their application and waste management. For chemicals at low concentrations, the long-term ...

A Dual-Functional Electroactive Filter Towards Simultaneously Sb(III) Oxidation and Sequestration

A Dual-Functional Electroactive Filter Towards Simultaneously SbIII Oxidation and Sequestration

Um filtro eletroativo dual-funcional para simultaneamente sb (III) oxidação e sequestro

We have designed a facile method to synthesize a dual-functional electrochemical filter consisting of two 1-D materials: titanate nanowires and carbon ...

Studying Neurobehavioral Effects of Environmental Pollutants on Zebrafish Larvae

Estudando efeitos neurocomportamentais de poluentes ambientais em larvas de zebrafish

Recent years more and more environmental pollutants have been proved neurotoxic, especially at the early development stages of organisms. Zebrafish larvae ...

Ecotoxicological Effects of Microplastics on Bird Embryo Development by Hatching without Eggshell

Efeitos ecotoxicológicos de microplásticos no desenvolvimento de embriões de aves por eclosão sem casca de ovo

Microplastics are an emerging global pollutant type that poses a great health threat to animals due to their uptake and translocation in animal tissues ...

Resource Recycling of Red Soil to Synthesize Fe2O3/FAU-type Zeolite Composite Material for Heavy Metal Removal

Resource Recycling of Red Soil to Synthesize Fe2O3/FAU-type Zeolite Composite Material for Heavy Metal Removal

Reciclagem de Recursos de Solo Vermelho para Sintetizar Material Compósito de Zeólita do Tipo Fe2O3/FAU para Remoção de Metais Pesados

Heavy metal-polluted water is of great concern to human health and the eco-environment. In situ water remediation techniques enabled by highly efficient ...