Um das dúvidas mais comuns nos treinamentos ministrados pela Acqua Expert trata-se de entender o que são as substâncias poliméricas extracelulares, ou EPS (do inglês, Extracellular polymeric substances).

Primeiramente, é necessário começar esclarecendo um importante conceito, o de biofilme. Segundo o artigo “The biofilm matrix”, de Hans-Curt Flemming e Jost Wingender publicado na Nature Reviews, é uma definição vaga para agregados microbiológicos, que normalmente acumulam em interfaces sólido-líquido, mantidos em uma matriz de EPS altamente hidratada. Incluídos nesta definição estão os flocos biológicos e o lodo, que não ficam aderidos a uma superfície, mas que compartilham outras características com o biofilme¹.

Os microrganismos não vivem como culturas isoladas e compostas por seres exclusivamente da mesma espécie, muito pelo contrário. Diversas espécies de organismos acumulam-se para formar agregados como flocos, lodos e biofilme. Na maioria dos casos, os organismos representam apenas 10% de toda a massa seca do aglomerado, sendo o restante composto pela matriz, que é produzida pelos próprios organismos e que é responsável por envolve-los¹. No caso, estamos falando dos EPS.

Estas substâncias são um conjunto de diversas biomoléculas, como DNA, proteínas e polissacarídeos (Figura 1). Esta mistura forma uma espécie de esqueleto, que permite a formação de estruturas tridimensionais, a adesão às superfícies e é responsável pela coesão do biofilme. Desta forma, estes organismos passam a apresentar um comportamento totalmente diferente do planctônico (no qual os organismos podem ficar soltos e/ou suspensos na coluna d’água)¹.

Figura 1. a) Modelo de biofilme fixado à um substrato. b) Representação da distribuição dos componentes principais da matriz (DNA, proteínas e polissacarídeos). Retirado de Flemming & Wingender, 2010¹.
Karatan e Watnick², em sua revisão “Signals, Regulatory Networks, and Materials That Build and Break Bacterial Biofilms” afirmam: “… a função e interação molecular exata de vários dos polímeros secretados no biofilme ainda não foram definidos, incluindo proteínas, polissacarídeos e DNA. Além disso, suas contribuições para a matriz são pouco entendidas à nível molecular”. Apesar disso, algumas funções são de fato conhecidas, como veremos a seguir.

A proximidade e imobilização celular, propiciada pela matriz, permite uma grande interação entre as células, fazendo com que haja intensa comunicação celular e a formação de micro consórcios biológicos, benéficos aos organismos. Um bom exemplo disso está relacionado à presença de enzimas extracelulares na matriz, o que faz com que seja formado um microambiente similar a um sistema digestório, capaz de degradar compostos (ou até mesmo células mortas) e disponibilizar nutrientes para as células do consórcio¹.

Além de nutrientes, estas enzimas podem ser responsáveis por disponibilizar fragmentos de DNA, que podem ser utilizados para transferência horizontal de genes, que é quando há movimentação de material genético de um organismo para outro. Este fenômeno pode ocorrer de algumas formas, mas neste caso, ocorre quando um fragmento de DNA presente no ambiente é tomado pelo organismo e passa a fazer parte do material genético da célula, o que é conhecido como Transformação (Figura 2). Este processo pode ser extremamente benéfico para o biofilme, uma vez que estes fragmentos de DNA podem codificar enzimas digestivas e até mesmo conferir resistência à antibióticos¹,³.

Figura 2. Processo de transformação bacteriana. Retirado de Burmeister, 2015³.

Com relação ao lodo ativado, o EPS tem papel fundamental. Como já comentamos, ele é responsável pela formação do floco biológico, porém seu excesso é prejudicial ao tratamento, levando ao que chamamos de bulking viscoso. Este tipo de bulking pode acarretar em problemas na hora de desaguar o lodo e na maioria das vezes é causado pela carência de nutrientes. Lodo com bulking viscoso também fica muito leve e pode ser facilmente arrastado no efluente tratado.

Se você estiver com suspeita de bulking viscoso no seu lodo ativado, o teste de Nanquim pode ser realizado para lhe dar a confirmação (Figura 3). A tinta Nanquim é rica em compostos à base de C, e por este motivo, quando é adicionado à uma amostra de lodo ativado com excesso de EPS, o composto não é capaz de penetrar o floco, permeando-o e fazendo com ele se destaque (Figura 3a). Por outro lado, em amostras onde o EPS não está em excesso, o oposto acontece, fazendo com o floco seja invadido e impedindo sua visualização através do microscópio (Figura 3b). O teste pode ser realizado em lâmina convencional e na proporção de 1:1.

Figura 3. Teste de Nanquim. a) Resultado positivo para a presença excessiva de EPS. b) Resultado negativo para a presença excessiva de EPS. As imagens foram feitas em microscópio com contraste de fase e em aumento de 100x.

Referências

1 Flemming, H.-C. & Wingender, J. The biofilm matrix. Nature Reviews. 8, 623-633 (2010).

2 Karatan, E. & Watnick, P. Signals, Regulatory Networks, and Materials That Build and Break Bacterial Biofilms. Microbiol Mol Biol Rev. 73, 310–347 (2009).

3 Burmeister, A., R. Horizontal Gene Transfer. Evol Med Public Health. 2015, 193–194 (2015).

Por Ana Luiza Fávaro