Characterization of heavy metal resistant bacteria and the potential for bioremediation

A contaminação ambiental ocasionada por atividades antrópicas, provoca alterações no funcionamento e nas estruturas de diversas comunidades presentes no ambiente, modificando profundamente diversos ecossistemas existentes em todo o mundo. Dentre essas atividades, a indústria de mineração se destaca pelos desastres ambientais. As recidivas emissões e o acúmulo do rejeito com contaminantes, como metais pesados, comprometem os ecossistemas, pois os metais pesados em altas concentrações causam toxicidade, persistência, bioacumulação e biomagnificação. Visando o desenvolvimento de ferramentas para a recuperação e remediação de áreas impactadas por rejeito de mineração contendo metais pesados, vemos a necessidade de compreender como os microrganismos poderiam colaborar na restauração de ambientes estuarinos. Encontrar microrganismos resistentes que foram expostos a esse tipo de toxicidade se torna ainda mais relevante, aumentando a chance de isolamento de bactérias com potencial para aplicações biotecnológicas. Associado à crescente preocupação ambiental, o presente estudo isolou e identificou bactérias a partir de amostras de sedimento estuarino contaminado com rejeito de mineração de ferro contendo metais pesados. Entre os isolados resistentes a metais pesados e antibióticos, os gêneros Bacillus e Mucilaginibacter foram identificados pelo sequenciamento do gene RNAr 16S. Foi selecionado um representante de cada gênero para o sequenciamento genômico e para verificação do potencial desses microrganismos na biorremediação dos metais pesados zinco (Zn), manganês (Mn) e cobalto (Co). Através dos dados genômicos foi possível identificar diversos genes que conferem funções para a resistência aos metais pesados e antibióticos, mostrando o potencial biotecnológico dessas cepas. A cepa 3A de Bacillus safensis apresentou capacidade de remover metais pesados em altas concentrações em caldo LB (45,98% de Zn, 24,8% de Mn e 44,97% de Co). A cepa 21P de Mucilaginibacter sp. apresentou remoção dos metais pesados Co e Mn em concentrações mais baixas (52,7% de Co e 42,46% de Mn). Trata-se de microrganismos com muitos atributos a serem explorados. Dessa forma, essas bactérias presentes em ambientes contaminados e que passam por pressões seletivas, desenvolvem mecanismos com grande potencial biotecnológico que podem ser utilizados como bioindicadores e na biorremediação de ambientes contaminados.The environmental contamination driven by anthropic activities causes changes in the functioning and structures of various communities in the environment, profoundly modifying several ecosystems around the world. Among these activities, the mining industry stands out for its environmental disasters history. The recurrence of emissions and the accumulation of tailings extensively compromise the ecosystems due to the high concentration of contaminants such as heavy metals, causing toxicity, persistence, bioaccumulation, and biomagnification. In order to develop new tools for the recovery and remediation of areas impacted by mining tailings, we highlight the need to understand how microorganisms could collaborate in the restoration of affected estuarine environments. In this context, finding resistant microorganisms that have been exposed to this type of toxicity becomes even more relevant, increasing the chance of isolating bacteria with potential for biotechnological applications on bioremediation. In response to this growing environmental concern, the present study isolated and identified bacteria from estuarine soil samples contaminated with iron mining tailings. Among the isolates, we found bacteria resistant to heavy metals and antibiotics. The genera Bacillus and Mucilaginibacter were identified by 16S rRNA gene sequencing, showing a resistant phenotype. One representative of each genus was selected for genome sequencing to deepen their identity and potential in the bioremediation of the heavy metals zinc (Zn), manganese (Mn), and cobalt (Co). The genomic data allowed the identification of several genes that might confer functions for resistance to heavy metals and antibiotics, showing the biotechnological potential of both strains. Moreover, Bacillus safensis species (strain 3A) showed the ability to remove heavy metals at high concentrations in nutrient broth (45.98% of Zn, 24.8% of Mn, and 44.97% of Co). Meanwhile, Mucilaginibacter sp. strain 21P showed heavy metals removal at lower concentrations (52.7% Co and 42.46% Mn). Based on these results, those microorganisms have many attributes to be explored. Thus, bacteria in contaminated environments might have undergone selective pressure, developing mechanisms with great biotechnological potential that can be used as bioindicators or/and for bioremediation of contaminated environments