O tratamento de esgoto pode ser um trabalho nada glamoroso, mas as bactérias ficam felizes em fazê-lo. As estações de esgoto dependem de bactérias para remover as toxinas ambientais dos resíduos, de modo que a água processada possa ser despejada com segurança nos oceanos e rios.

Agora, uma bactéria descoberta por pesquisadores de Princeton em um pântano de Nova Jersey pode oferecer um método mais eficiente para o tratamento de toxinas encontradas em esgotos, escoamento de fertilizantes e outras formas de poluição da água.

A bactéria, Bactéria acidimicrobiaceae A6, é capaz de quebrar o amônio, um poluente encontrado em esgoto e escoamento de fertilizantes. Ainda mais intrigante é que A6 pode realizar essa conversão química na ausência de oxigênio, uma capacidade que poderia ser útil para fornecer métodos alternativos para métodos dependentes de oxigênio caros atualmente usados ​​no tratamento de esgoto e outros processos.

"Uma grande quantidade de energia é usada por máquinas que misturam o ar com as águas residuais para fornecer oxigênio para quebrar o amônio, "disse Peter Jaffe, o William L. Knapp '47 Professor de Engenharia Civil em Princeton e um professor do Centro Andlinger de Energia e Meio Ambiente de Princeton. "A6 realiza esta mesma reação anaerobicamente e pode apresentar um método mais eficiente para tratar amônio e uma forma de tratar outros poluentes ambientais encontrados em áreas pobres em oxigênio, como aquíferos subterrâneos. "

Jaffe e seu colega Shan Huang, um pesquisador associado em engenharia civil e ambiental em Princeton, relatou a descoberta do A6 e suas habilidades únicas em 11 de abril no jornal PLOS ONE .

A maioria das estações de esgoto que descarregam nos oceanos ou rios já usam bactérias para remover a amônia dos resíduos, mas para isso é necessário misturar muito ar na lama para alimentar as bactérias com oxigênio. As bactérias usam o oxigênio em uma reação química que transforma a amônia em nitrito e então outras bactérias convertem o nitrito em gás nitrogênio inofensivo.

A remoção do amônio é importante para prevenir o esgotamento de oxigênio nos fluxos e prevenir a eutrofização, o crescimento excessivo de algas e outras plantas desencadeado por compostos de nitrogênio de esgoto e escoamento agrícola.

Um processo químico alternativo para quebrar o amônio, conhecido como Feammox, ocorre em ácido, rico em ferro, ambientes e solos de pântanos, e foi encontrada em solos de zonas úmidas ribeirinhas em Nova Jersey, em solos de floresta tropical em Porto Rico, em solos pantanosos na Carolina do Sul, e em vários locais com florestas e pântanos no sul da China. Não estava claro, Contudo, o que permitiu a reação Feammox.

Jaffe e Huang tinham um palpite de que uma única bactéria poderia estar na raiz do processo em 2015, ao estudar amostras retiradas do pantanal Assunpink perto de Trenton, Nova Jersey. Em um estudo na época, Jaffe e seus colegas descobriram que a reação de Feammox só ocorreu nas amostras do pântano quando uma classe de bactéria conhecida como Actinobacteria estava presente. Entre essas bactérias, os pesquisadores identificaram uma espécie específica de bactéria que apelidaram Bactéria acidimicrobiaceae A6 e que eles suspeitaram desempenhou um papel fundamental na reação Feammox. Eles tinham um palpite de que o A6 estava convertendo a amônia em nitrito e as bactérias comuns estavam lidando com a conversão de nitrito em gás nitrogênio.

Contudo, isolar a bactéria e confirmar definitivamente seu papel levou anos de pesquisas meticulosas. Em seu novo estudo, a equipe de Princeton misturou amostras de solo coletadas no pantanal de Nova Jersey com água e um material contendo óxido de ferro e amônio e permitiu que a mistura incubasse em frascos por quase um ano.

A mistura das amostras de solo e do meio metálico nos frascos foi feita em uma câmara livre de oxigênio e os frascos foram vedados hermeticamente para imitar as condições anaeróbicas do solo úmido de onde as bactérias se originaram.

Aproximadamente a cada duas semanas ao longo do ano, os cientistas removeram uma pequena amostra de cada um dos frascos para ver se o óxido de ferro e o amônio estavam sendo degradados. Quando eles descobriram uma amostra onde essa reação estava ocorrendo, eles usaram o sequenciamento genético para identificar as espécies bacterianas presentes - e definitivamente descobriram que A6 estava realizando a reação de Feammox.

"Desde que descobrimos que a reação estava ocorrendo no pantanal aqui em Nova Jersey, suspeitamos que uma bactéria estava fazendo o trabalho pesado, "Jaffe diz." Este estudo confirmou que A6 tem essa capacidade, tornando-se a primeira espécie conhecida a realizar a reação de Feammox. "

A equipe de Princeton está explorando como construir um reator onde o A6 poderia ser usado para processar amônio em escala industrial. Um desafio é que a bactéria consome uma grande quantidade de ferro para realizar o processo, o que o tornaria muito caro como método para substituir a aeração. Para contornar este problema, os pesquisadores estão experimentando a aplicação de um pequeno potencial elétrico entre dois eletrodos inseridos no líquido do reator em um dispositivo que eles apelidaram de "célula de eletrólise microbiana". Os eletrodos podem então assumir o papel que o ferro estava desempenhando na reação de Feammox.

A equipe de Princeton está trabalhando com o ministério do meio ambiente chinês para desenvolver um reator protótipo para reduzir a amônia e os metais pesados ​​nas águas residuais. Eles estão explorando se a tecnologia poderia ajudar a combater a eutrofização, onde o excesso de nutrientes no escoamento danifica os rios, lagos e costas.

Os pesquisadores também descobriram que, embora oxidando amônio, a bactéria A6 também é capaz de remover simultaneamente tricloroetileno e tetracloroetileno, dois poluentes difíceis de tratar, freqüentemente encontrados em locais poluídos. A bactéria também transferia elétrons para outros compostos além do ferro, como urânio e cobre. No caso do urânio, transformando-o em uma forma insolúvel em água.

"Porque não requer oxigênio, A6 pode sobreviver em lugares que outras bactérias não podem, como em águas subterrâneas contaminadas, "Jaffe diz." Combine isso com sua versatilidade na remediação de vários poluentes e pode se tornar uma ferramenta muito importante para lidar com uma série de problemas ambientais. "