Estudo: A luz visível induz bactérias a produzir superóxido para oxidação de manganês

31 de março de 2023

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pela Imprensa de Ensino Superior

Os óxidos de manganês são minerais reativos naturais e amplamente difundidos em ambientes aquáticos e terrestres, afetando o destino de metais (como As3+ e Cd2+) e poluentes orgânicos (como fenóis e diclofenaco) por meio de adsorção e oxidação no tratamento de esgoto. Normalmente, acredita-se que os óxidos de manganês (III/IV) no meio ambiente sejam formados pela oxidação do Mn(II) dissolvido através de processos abióticos ou bióticos.

A oxidação do Mn(II) aquoso pelo oxigênio dissolvido é termodinamicamente favorecida, mas a cinética é lenta devido à alta barreira energética da reação dos óxidos de Mn(II) dissolvidos em Mn(III/IV). A presença de microrganismos acelera a taxa de oxidação, que é de 4 a 5 ordens de grandeza mais rápida que a taxa de oxidação química abiótica, portanto é considerada a fonte inicial de óxidos de manganês no meio ambiente.

Bactérias capazes de catalisar a oxidação de íons Mn(II) dissolvidos em óxidos de Mn(III/IV) não dissolvidos são geralmente chamadas de bactérias oxidantes de manganês. A oxidação bacteriana dos íons Mn(II) é dividida em direta e indireta, e o processo catalisado por enzimas na superfície dos microrganismos é denominado oxidação direta. Para vias indiretas, algumas bactérias podem alterar as condições ambientais circundantes para a oxidação do Mn(II) (por exemplo, o pH e o Eh).

Foi demonstrado que o clado Roseobacter oxida Mn (II) produzindo espécies reativas de oxigênio extracelular em estudos recentes. Outros clados de bactérias têm processos de oxidação de Mn(II) semelhantes aos de Roseobacter? A oxidação do Mn(II) está intimamente relativa ao processo fisiológico das bactérias?

Para responder a essas perguntas, o professor Feng Zhao, da Academia Chinesa de Ciências, e os membros de sua equipe exploraram o processo de oxidação microbiana do manganês sob luz visível usando microrganismos da água do mar da superfície costeira. A relação entre a transformação de Mn(II) solúvel em óxidos de Mn(III/IV) insolúveis por microrganismos e o papel fisiológico foi analisada. Este estudo foi publicado na Frontiers of Environmental Science & Engineering em 2023.

Neste estudo, a equipe de pesquisa descobriu que a luz visível promove grandemente a taxa de oxidação do Mn(II), e a taxa média chega a 64 μmol/(L·d). Os óxidos de manganês gerados foram então propícios à oxidação do Mn(II), portanto, a rápida oxidação do manganês foi o resultado da ação combinada de bióticos e abióticos, e a função biológica é responsável por 88% ± 4%.

O superóxido extracelular produzido por microrganismos induzidos pela luz visível é o fator decisivo para a rápida oxidação do manganês em nosso estudo. Mas a produção desses superóxidos não requer a presença de íons Mn(II), o processo de oxidação do Mn(II) foi mais parecido com uma reação colateral não intencional, que não afetou o crescimento de microrganismos.

Mais de 70% dos microrganismos heterotróficos da natureza são capazes de produzir superóxido, com base nas propriedades oxidantes dos radicais livres, todas essas bactérias podem participar do ciclo geoquímico do manganês. Além do mais, a via de oxidação do superóxido pode ser uma fonte natural significativa de óxido de manganês.

Este estudo revelou uma via essencial para a oxidação bacteriana do manganês. Bactérias heterotróficas produzem superóxido sob irradiação de luz visível e oxidam íons Mn(II) no ambiente circundante, que é a principal fonte de óxidos de manganês. Os óxidos de Mn(III/IV) biogerados também podem oxidar íons de Mn(II) indiretamente através de reações abióticas sob iluminação luminosa.