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http://hdl.handle.net/11422/28086
| Type: | Tese |
| Title: | Monitoramento de ambientes marinhos contaminados com hidrocarbonetos aromáticos de petróleo através de métodos moleculares |
| Author(s)/Inventor(s): | Santaren, Karen Caroline Ferreira |
| Advisor: | Seldin, Lucy |
| Co-advisor: | Jurelevicius, Diogo de Azevedo |
| Abstract: | A alta demanda global por energia sustenta uma atividade frequente e intensa da indústria petrolífera, sendo comum a exploração de petróleo a partir de plataformas marinhas. O potencial tóxico, mutagênico e carcinogênico dos hidrocarbonetos – principais constituintes do petróleo – torna a biodiversidade vulnerável a possíveis derramamentos acidentais, que podem atingir o ser humano por meio da cadeia trófica ou pelo alcance de áreas costeiras. O monitoramento contínuo de ambientes marinhos representa uma interessante estratégia para identificação da contaminação e rápida intervenção, buscando prevenir efeitos catastróficos de curto e longo prazo causados pela contaminação dos oceanos por hidrocarbonetos de petróleo. O objetivo desse trabalho foi selecionar grupos bacterianos com potencial para indicar contaminação por hidrocarbonetos de petróleo em ambientes marinhos através de métodos moleculares. Para isso, foram conduzidos quatro experimentos principais: 1. isolamento e caracterização de estirpes marinhas degradadoras de naftaleno; 2. avaliação da modulação de comunidades bacterianas marinhas expostas a diferentes tipos de hidrocarbonetos (alifáticos, monocíclicos aromáticos (MAH), policíclicos aromáticos (PAH), mistura sintética (MIX) e óleo cru (OL); 3. avaliação do impacto do tempo de exposição na dinâmica da comunidade microbiana em água marinha; e 4. avaliação da ocorrência de grupos bacterianos em diferentes praias do estado do Rio de Janeiro antes e após contaminação com naftaleno. O primeiro experimento foi baseado em métodos dependentes de cultivo e os demais foram baseados no sequenciamento do gene que codifica o 16S rRNA. Os resultados mostraram que o tipo de contaminante e o tempo de exposição influenciaram a composição, a estrutura e a dinâmica de sucessão das comunidades bacterianas. Misturas complexas, como o óleo cru, promoveram maior diversidade em comparação a compostos isolados. Diferentes gêneros bacterianos responderam de forma específica à presença de diferentes hidrocarbonetos, e cinco grupos se destacaram como potenciais bioindicadores (gêneros-alvo 1, 2, 3, 4 e 5, assim codificados devido à intenção de registro de patente). A seleção dos bioindicadores foi realizada considerando critérios baseados na frequência de ocorrência, enriquecimento na presença dos contaminantes, e em evidências funcionais disponíveis na literatura relacionadas à capacidade metabólica de degradação de hidrocarbonetos de petróleo. Os grupos selecionados responderam à contaminação de forma consistente e foram frequentemente encontrados dentro de mais de 37 amostragens, em diferentes regiões geográficas, condições ambientais e contextos experimentais. A técnica de qPCR foi proposta como uma ferramenta em potencial para a detecção rápida e sensível do enriquecimento desses grupos em ambientes marinhos, com potencial aplicação em estratégias de biomonitoramento. Espera-se que essa proposta contribua para o desenvolvimento de uma ferramenta com potencial para uso amplo e contínuo, possibilitando o monitoramento de ambientes aquáticos e promovendo rápida detecção de contaminações por hidrocarbonetos. O monitoramento é essencial como estratégia de detecção rápida, contenção e suporte a práticas de remediação ambiental. |
| Abstract: | The global demand for energy sustains frequent and intense activity in the oil industry, with offshore oil exploration being a common practice. The toxic, mutagenic, and carcinogenic potential of hydrocarbons, the main constituents of petroleum, makes marine biodiversity vulnerable to accidental spills, which can affect humans through the food chain or by reaching coastal zones. Continuous monitoring of marine environments represents an interesting strategy for the early detection of contamination, enabling rapid intervention to prevent short- and long-term catastrophic effects caused by the contamination of oceans by petroleum hydrocarbons. This study aimed to identify bacterial groups with the potential to indicate petroleum hydrocarbon contamination in marine environments via molecular approaches. To achieve this goal, four main experiments were conducted: (1) isolation and characterization of marine naphthalene-degrading strains; (2) evaluation of the modulation of marine bacterial communities exposed to different types of hydrocarbons (aliphatic, monocyclic aromatic hydrocarbons (MAHs), polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH), a synthetic mixture (MIX), and crude oil (OL)); (3) assessment of the impact of exposure time on microbial community dynamics in seawater; and (4) investigation of bacterial group occurrence across various beaches in the state of Rio de Janeiro before and after contamination with naphthalene. The first experiment was based on culture-dependent techniques, whereas the other experiments relied on 16S rRNA gene sequencing. The results revealed that both contaminant type and exposure time influenced the composition, structure, and succession dynamics of the bacterial communities. Compared with individual compounds, complex mixtures, such as crude oil, promoted greater diversity. Several bacterial genera exhibited specific responses to different hydrocarbons, and five groups were considered suitable for indicating contamination (target genera 1, 2, 3, 4, and 5, coded due to the intention to file a patent application). The selection of potential bioindicators was based on different criteria, including the frequency of occurrence, consistent enrichment in the presence of contaminants, and functional evidence from the literature related to the metabolic potential for degrading petroleum hydrocarbons. These groups consistently responded to contamination and were frequently detected in more than 37 sampling events across distinct geographic regions, environmental conditions, and experimental settings. Quantitative PCR (qPCR) has been proposed as a promising tool for the rapid and sensitive detection of the enrichment of these bacterial groups in marine environments, with potential applications in biomonitoring strategies. This approach is expected to contribute to the development of a broadly applicable and continuously usable tool for monitoring aquatic environments and enabling early detection of hydrocarbon contamination. Environmental monitoring remains essential for early warning, containment, and effective support of remediation practices. |
| Keywords: | Biomarcadores ambientais Poluição por petróleo Environmental biomarkers Petroleum pollution |
| Subject CNPq: | CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::MICROBIOLOGIA |
| Program: | Programa de Pós-Graduação em Ciências (Microbiologia) |
| Production unit: | Instituto de Microbiologia Paulo de Góes |
| Publisher: | Universidade Federal do Rio de Janeiro |
| Issue Date: | 25-Jun-2025 |
| Publisher country: | Brasil |
| Language: | por |
| Right access: | Acesso Aberto |
| Citation: | Santaren, K. C. F. (2025). Monitoramento de ambientes marinhos contaminados com hidrocarbonetos aromáticos de petróleo através de métodos moleculares [Tese de Doutorado, Universidade Federal do Rio de Janeiro]. Repositório Institucional Pantheon. |
| Appears in Collections: | Microbiologia |
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