Metaproteomic and biochemistry hydrocarbons and heavy metals-contaminated soils

Resumo: Hidrocarbonetos, metais pesados e defensivos agrícolas são poluentes que oferecem alto risco à saúde humana e de animais. No entanto, estão constantemente sendo introduzidos no meio ambiente como resultado de atividades petroquímicas, industriais, agrícolas e do próprio estilo de vida moderna, necessitando que processos de remedição sejam empregados para a sua completa eliminação. A biorremediação é um processo mediado por microrganismos que possui grande potencial para recuperação de ambientes contaminados, mas a falta de informação sobre fatores que regulam o crescimento e o metabolismo das comunidades microbianas em ambiente poluído limita sua implementação. Técnicas aplicadas à bioquímica do solo e análises metaproteômicas podem avaliar as atividades microbianas e identificar as alterações fisiológicas decorrentes da exposição a agentes tóxicos. O objetivo do presente estudo foi monitorar parâmetros bioquímicos tais como: respiração, biomassa microbiana, qCO2 e atividades de enzimas específicas envolvidas nos principais ciclos biogeoquímicos, assim como a identificação dos perfis metaproteômicos de solos impactados. De uma maneira geral, os hidrocarbonetos afetaram todos os parâmetros bioquímicos avaliados, sendo que na presença de metais pesados tais efeitos foram mais acentuados. Para a realização das análises metaproteômicas foi elaborado um protocolo para extração direta de proteínas do solo que permitiu a separação de 1600 spots bem resolvidos em géis 2D-PAGE. Os perfis metaproteômicos revelaram proteínas qualitativamente e quantitativamente expressadas diferentemente em decorrência da presença dos contaminantes. As análises metaproteômicas dos distintos solos expuseram proteínas expressadas em comum, envolvidas no sistema de resposta a estresse ambiental, tais como: chaperonas, fatores de elongação EF-Tu, superóxido dismutases, proteínas de transporte da superfamília ABC, Alquil hidroperóxidos redutases, peptidil prolil cis-isomerases, bem como outras específicas do metabolismo. Estes resultados demonstram que a metaproteômica é uma ferramenta robusta que pode auxiliar no entendimento das comunidades microbianas complexas, revelando alterações dinâmicas da população frente a alterações no ecossistema. Com base na literatura internacional este é o primeiro estudo metaproteômico ?in situ? de solos contaminadosAbstract: Hydrocarbons, heavy metals and agricultural defensives are high risk pollutants to human health. These pollutants are constantly introduced into the environment as a result of petrochemical, industrial, agricultural activities and our modern life style, requiring remediation processes that are used to their complete elimination. Bioremediation is a process carried out by living organisms which has great potential for the recuperation of contaminated environments, but the lack of information about the factors that regulate growth and metabolism of microbial communities in polluted environments limits its implementation. Soil biochemistry techniques and metaproteomics analyses can assess the microbial activity and identify the physiological changes resulting from exposure to toxic agents. The objective of this study was to determine biochemical parameters such as: respiration, microbial biomass, qCO2 and activities of specific enzymes involved in major biogeochemical cycles, as well as the identification of metaproteomics profiles of contaminated soil. In general hydrocarbons affected all the biochemical parameters evaluated, and the presence of heavy metals caused an increase in these parameters. A protocol for direct extraction of soil proteins that allowed the separation of more than 1600 spots settled in 2D PAGE gels was developed. The metaproteomics profiles revealed, qualitatively and quantitatively, that proteins were expressed differently due to the presence of these contaminants. Metaproteomics analyses of different exposed soils showed proteins expressed in common, involved in the response to environmental stress, such as: chaperones, elongation factors, EF Tu, superoxide dismutases, ABC transport protein superfamily, alkyl hydroperoxide redutases, peptidyl prolil cis isomerases, as well as the other specific of the metabolism. These results show that metaproteomics is a robust tool that can assist in the understanding of complex microbial communities, revealing the dynamic of the population opposed to changes in the ecosystem. Based on the international literature this is the first "in situ" metaproteomic study of contaminated soil