As vias metabólicas utilizadas para a degradação dos compostos existentes no petróleo têm sido largamente estudadas. Há uma grande diversidade taxonômica de organismos capazes de degradar hidrocarbonetos, utilizando-os como única fonte de energia e carbono, e sendo na maioria organismos mesofílicos (ATLAS,1981).
Já foi comprovado por diversos pesquisadores que muitos microorganismos possuem enzimas capazes de degradar hidrocarbonetos de petróleo e crescer em meios contaminados por derivados de petróleo, dependendo da natureza química dos compostos existentes e das condições ambientais, tais como temperatura, pH, umidade e nutrientes. Esta habilidade não é exclusiva a poucos gêneros de microorganismos, podendo ser associada a muitas outras espécies e ecossistemas.
Alguns microorganismos degradam somente os alcanos (normal, ramificado e parafinas cíclicas), outros os aromáticos, e outros a ambos, os parafínicos e os aromáticos (ATLAS, 1981; LEAHY e COLWELL, 1990; ATLAS e BARTHA, 1992, citados por ATLAS, 1995). Freqüentemente os alcanos normais na faixa de C10 a C26 são tidos como os mais rapidamente degradados, mas os aromáticos de baixo peso molecular, tais como benzeno, tolueno e xileno, os quais estão entre os compostos tóxicos encontrados no petróleo, são também biodegradados pelos microorganismos marinhos. Estruturas mais complexas (tais como estruturas com cadeias ramificadas e/ou estruturas com anéis condensados) são mais resistentes à biodegradação, significando que poucos microorganismos podem degradar aquelas estruturas e as taxas de degradação são mais baixas que as taxas de degradação de estruturas de hidrocarbonetos simples encontrados no petróleo (ATLAS, 1995).
Segundo alguns autores citados por ROSATO (1997), as bactérias são as principais responsáveis pela biodegradação de hidrocarbonetos no ambiente, mas fungos e leveduras, cianobactérias, e outras algas, e mesmo protozoários, apresentam capacidade de degradação, tanto em ambiente marinho como de água doce e no solo.
Em geral, as bactérias e leveduras apresentam capacidade decrescente de degradação para hidrocarbonetos, de acordo com o aumento da cadeia de carbono, ao passo que os fungos não exibem degradação preferencial pelo tamanho (WALKER et al., 1975, citados por ROSATO, 1997). Como a reação de degradação de alguns hidrocarbonetos para CO2 envolve uma reação de oxidação, os organismos na sua maioria são aeróbios. Entretanto, pode ocorrer degradação anaeróbia, como no caso do tolueno e do xileno, em condições de redução de sulfato e nitrato. Durante o processo de biodegradação dos hidrocarbonetos podem se formar produtos parcialmente oxidados que podem até serem mais tóxicos e mutagênicos de que o hidrocarboneto original (ROSATO, 1997).
A biodegradação de hidrocarbonetos ocorre em um sistema multifásico, que envolve gases (O2 / CO2), material orgânico insolúvel em água, sais dissolvidos, água e microorganismos (ROSENBERG et al., 1992, citados por URURAHY, 1998).
Diversos autores fizeram revisões sobre a biodegradação de hidrocarbonetos, que são citadas ao longo desse texto, porém, foi ATLAS (1981) que realizou uma revisão completa sobre a biodegradação dos hidrocarbonetos de petróleo. Ele relatou diversas experiências, realizadas por vários pesquisadores, sobre os gêneros e espécies microbianas mais comumente isoladas de locais impactados ou não por derramamentos de óleos. ATLAS (1981), também relatou uma das primeiras revisões sobre o tema, feita por Claude E. Zobel em 1946; nela foi demonstrada a extensa ação biodegradadora de bactérias, fungos e leveduras sobre os hidrocarbonetos, onde mais de 100 espécies representativas de 30 gêneros podem consumir hidrocarbonetos. Em seguida são descritas algumas pesquisas relacionadas que foram citadas na revisão de ATLAS (1981).
Os pesquisadores BARTHA e ATLAS, citados por ATLAS (1981), observaram que em ambientes marinhos as bactérias e leveduras predominavam e em água doce poluída existiam também fungos filamentosos. Eles isolaram a partir de um ambiente aquático, 22 gêneros de
Arthrobacter, Micrococcus, Nocardia, Vibrio, Acinetobacter, Brevibacterium, Corynebacterium, Flavobacterium, Candida, Rhodotorula e Sporobolomyces.
Cerca de 15 anos mais tarde, alguns outros autores pesquisados por MELO e AZEVEDO (1997), citaram praticamente os mesmos gêneros de bactérias e leveduras como sendo os mais comuns degradadores de hidrocarbonetos em ambientes aquáticos; estes foram principalmente: Pseudomonas, Achromobacter, Arthrobacter, Micrococcus, Nocardia, Vibrio,
Acinetobacter, Brevibacterium, Corynebacterium, Flavobacterium, Candida, Rhodotorula e Sporobolomyces.
ATLAS e CERNIGLIA (1995), pesquisaram novamente algumas bactérias que freqüentemente prevaleciam como sendo degradadoras de hidrocarbonetos em ambientes aquáticos; na ordem decrescente os gêneros encontrados foram: Pseudomonas,
Achromobacter, Flavobacterium, Nocardia, Arthrobacter, Vibrio, Bacillus, Micrococcus e Acinetobacter. Segundo os mesmos autores, outros gêneros de bactérias capazes de degradar
hidrocarbonetos incluem: Actinomyces, Aeromonas, Alcaligenes, Corynebacterium, Erwinia,
Klebsiella, Lactobacillus, Leucothrix, Moraxella, Mycobacterium, Peptococcus, Sarcina, Sphaerotilus, Spirillum, Streptomyces e Xanthomonas. Como pode-se observar, os
pesquisadores citados chegaram a encontrar diversas espécies comuns.
CERNIGLIA e PERRY, citados por ATLAS (1981) chegaram a conclusão de que as espécies de fungos dos gêneros Penicillium e Cunninghamella são as degradadoras mais eficientes, quando comparadas às bactérias dos gêneros Flavobacterium e Arthrobacter. DAVIS e WESTLAKE, citados por ATLAS (1981) pesquisaram 60 espécies de fungos isolados de acordo com a sua habilidade em consumir n-tetradecano, tolueno, naftaleno e 7 tipos de óleos crus, encontrando com maior freqüência fungos capazes de produzir abundantemente pequenos conídios, tais como Penicillium e Verticillium. Também foram isoladas outras linhagens degradadoras de óleos como Beauveria bassiana, Mortieriella spp., Phoma spp.,
Scolecobasidium obovatum e Tolypocladium inflatum.
Um estudo comparativo entre bactérias e fungos foi feito por WALKER et al., citados por ATLAS (1981). Nessa pesquisa, as bactérias demonstraram habilidade degradadora decrescente com o aumento da cadeia dos hidrocarbonetos, mas os fungos não apresentaram
estudo. Apesar de existirem estas diferenças em nível de prioridade quanto ao ataque dos substratos, foi demonstrado que os seus mecanismos de degradação são praticamente os mesmos, independentemente dos agentes transformadores serem fungos ou bactérias. NYNS et al., citados por ATLAS (1981) estudando a taxonomia dos fungos, observaram que a propriedade de degradar óleos não é exclusiva de algumas linhagens, não servindo assim como elemento caracterizador de nenhuma espécie.
BENNETT e FAISON (1997), citados por URURAHY (1998), também trabalharam com fungos e destacaram o papel dos mesmos na degradação de hidrocarbonetos de petróleo. Em uma revisão feita pelos autores eles citaram a espécie Phanerochaete chrysosporium (o “fungo da podridão branca”) como hábil degradadora de compostos orgânicos xenobióticos. Acredita-se que tal habilidade se deva à ação das enzimas responsáveis pela degradação da lignina, além de fruto da atividade de algumas enzimas intracelulares (redutases, metiltransferases e oxigenases). A biosorção dos contaminantes no micélio também contribui para a redução das concentrações dos mesmos no meio, muito embora os mecanismos pelos quais esses fenômenos ocorrem permaneçam pouco esclarecidos (URURAHY, 1998).
KOMAGATA et al., citados por ATLAS (1981) estudaram leveduras, onde cerca de 500 foram examinadas, e dentre elas encontraram 56 espécies utilizadoras de hidrocarbonetos, sendo a maior parte pertencente ao gênero Candida. AHEARN e colaboradores, citados por ATLAS (1981) pesquisaram outros gêneros com a mesma capacidade: Rhodosporidium,
Rhodotorula, Saccharomyces, Sporobolomyces, Trichosporium e Cladosporium.
JENSEN, citado por ATLAS (1981) relatou a importância de bactérias dos gêneros
Arthrobacter e Pseudomonas no processo de biodegradação de resíduos oleosos, inclusive no
solo. CUNDELL e TRAXLER, citados por ATLAS (1981) estudaram 15 gêneros isolados de bactérias que cresciam à base de parafinas, aromáticos e componentes asfálticos, pertencentes aos gêneros Pseudomonas, Brevibacterium, Spirillum, Xanthomonas, Alcaligenes e
Arthrobacter. MULKINS-PHILLIPS e STEWART, citados por ATLAS (1981) fazendo
estudos em água e em sedimentos costeiros citaram os gêneros Pseudomonas, Nocardia,
Flavobacterium, Vibrio e Achromobacter.
contaminadas produzem grande quantidade de compostos polares (asfaltenos) após o fenômeno de degradação, enquanto as espécies relativas a sítios poluídos exibem uma maior capacidade de atacar compostos saturados e aromáticos. Também foi constatado que as amostras de água apresentaram maior diversidade bacteriana, quando comparadas às de sedimento, sendo que espécies de Pseudomonas e Acinetobacter são comuns nos dois ambientes. As bactérias presentes em água demonstraram, em relação às de sedimento, uma maior afinidade a cicloalcanos e poliaromáticos.
COOK e WESTLAKE, citados por ATLAS (1981) citaram a capacidade de alguns gêneros de bactérias de sobreviverem sob condições drásticas de temperatura. Segundo os autores, as espécies dos gêneros Achromobacter, Alcaligenes, Flavobacterium, Acinetobacter,
Pseudomonas, Cytophaga e alguns coccus gram negativos (não identificados) aparecem em
óleo cru, a temperaturas em torno de 4 ºC. No outro extremo, são conhecidas muitas bactérias termofílicas consumidoras de hidrocarbonetos, tanto gram positivas como negativas; no entanto, grande parte delas ainda não foi identificada, sendo que outras pertencem ao gênero
Thermomicrobium (URURAHY, 1998). HEBENBROCK et al. (1996), citados por
URURAHY (1998), apontaram uma série de vantagens das bactérias extremofílicas sobre as mesofílicas: possuem maior habilidade de degradação de compostos xenobióticos e por crescerem entre 60 e 90 ºC, possibilitam a operação de reatores a temperaturas elevadas, estratégia que resulta em redução de barreiras à transferência de massa, aumenta a taxa de difusão dos compostos e a sua solubilidade em água. Tais pesquisadores identificaram duas linhagens da espécie Bacillus thermoleovorans, a BilN e a IS2a, responsáveis, respectivamente pelo consumo total de naftaleno (em 55 h e a 60 ºC) e de eicosano (em 150 h e a 65 ºC). Não foram considerados, nos dois casos, os custos relativos ao aquecimento e as altas velocidades de agitação requeridas (1200 e 1800 rpm). Da mesma forma, as taxas de evaporação não foram contempladas. Ainda com relação aos microorganismos termofílicos, a maior revelação foi a descoberta de espécies bacterianas que consomem obrigatoriamente hidrocarbonetos, sendo, portanto, incapazes de se desenvolver à base de outra fonte de carbono.
Quanto ao aspecto genético, o gênero até hoje mais estudado é Pseudomonas, que de maneira geral, contém a informação relativa ao consumo de óleo a nível plasmidial, o que faz com que seja freqüentemente objeto de estudo da engenharia genética (URURAHY, 1998).
Algumas espécies de bactérias e fungos com habilidade de utilização de hidrocarbonetos encontram-se listadas na Tabela 4.1:
Tabela 4.1: Gêneros de bactérias e fungos degradadores de óleo.
Bactérias Fungos
Acromobacter, Acinetobacter, Acremonium, Aspergillus, Aureobasidium,
Alcaligenes, Arthrobacter, Bacillus, Beaveria, Botrytis, Candida,
Brevibacterium, Chromobacterium, Chrysosporium, Cladosporium,
Corynebacterium, Cytiphaga, Cochliobolus, Cylindrocarpon,
Flavobacterium, Micrococcus, Debaryomyces, Fusarium, Geotrichum,
Mycobacterium, Nocardia, Proteus, Glicocladium, Graphium, Humicola,
Pseudomonas, Sarcina, Serratia, Spirillum, Monilia, Mortierella, Paecilomyces,
Streptomyces, Vibrio, Xxanthomonas. Penicillium, Phoma, Rhodotorula,
Saccharomyces, Scolecobasidium,
Sporobolomyces, Sprotrichum, Spicaria, Tolypocladium, Torulopsis, Trichoderma
Verticillium.
Fonte: ENGLERT e KENZIE (1993), citados por URURAHY (1998).
Algumas espécies, segundo API (1983), citado por URURAHY (1998), podem ser relacionadas com os seus substratos preferenciais, de acordo com a Tabela 4.2. Como os hidrocarbonetos ocorrem naturalmente em diversos ambientes, não é surpresa essa diversidade de microorganismos nativos.
Tabela 4.2: Microorganismos degradadores de hidrocarbonetos e substratos preferenciais.
Microorganismos Substratos Hidrocarbonetos Alifáticos e n-parafinas
Methanomonas methanica CH4
Mycobacterium paraffinicum n-C2 - n-C5
Pseudomonas aeruginosa C6 – C12
Micrococcus e Norcardia petroleophila C7 – C18
Pseudomonas n-C7 – n-C8
Micrococcus certificans n-C12 – nC20
Cornybacyerium e Pseudomonas n-C12 – n-C20 e C12 – C20
Isoparafinas
Pseudomonas aeruginosa 2- metilhexano
Fenilalcanos e Ciclohexanos
Nocardia opaca e Norcadia salmonicolor Anéis substituídos por cadeias parafínicas
Nocardia Esteróides insaturados
Micrococcus e Candidaa lypolytica Hexadeceno-1 e Hexadeceno
Aromáticos
Pseudomonas aeruginosa, Mycobacterium
rhodochrous e Nocardia spp. Benzeno
Vibrio Fenol
Tolueno e Alquilbenzenos
Pseudomonas aeruginosa Tolueno
Pseudomonas fluorescens Benzoatos e Mandelato
Pseudomonas e Vibrio Benzoato
Nocardia Etilbenzeno
Nocardia opaca Ácidos Fenilacético, Fenilbutírico,
Fenilhexanóico e Feniloctanóico
Vibris Fenilacetato
Pseudomonas fluorescens Ácido Fenilacético
Naftaleno e metilnaftalenos
Pseudomonas aeruginosa, Nocardia e Bacillus
naphatalinicum Naftaleno
Pseudomonas desmolyticum e Pseudomonas aeruginosa
Bom crescimento em 2-metilnaftaleno, e crescimento lento em 1-metilnaftaleno
Antraceno
Flavobacterium e Pseudomonas aeroginosa Antraceno
Fenantreno
Flavobacterium e Pseudomonas aeruginosa Fenantreno
Clorobenzoatos
Pseudomonas, Nocardia e Anthrobacter Clorobenzoatos
Solventes Clorados
Methylobacter e Methylococcus CCl4, CHCl3, CH2Cl2, e CH3Cl
Pseudomonas putida Fenóis clorados
Fonte: API (1983), citado por URURAHY (1998).