Aplicação de tratamento de oxidação solar sustentável e de baixo custo para a prevenção da resistência microbiana em efluentes no Brasil

O projeto utilizou um sistema  sustentável de oxidação chamado foto-Fenton solar como pós-tratamento de esgoto secundário de estação de tratamento de esgoto (ETE) visando à remoção de bactérias resistentes a antibióticos (BRA) e genes de resistência a antibióticos (GRA). O projeto baseou-se na hipótese de que esta tecnologia permitiria a inativação das bactérias resistentes e a eliminação dos genes de resistência a antibióticos desses efluentes secundários no Brasil por meio da oxidação desses contaminantes, prevenindo, assim, a disseminação da resistência antimicrobiana no meio ambiente pelo lançamento desse efluente em corpos receptores.

A equipe realizou os experimentos a partir das coletas de efluente secundário (após tratamento biológico por Lodos Ativados convencional) em uma ETE do município de Belo Horizonte, MG. Os experimentos foram feitos em escala de bancada, utilizando uma câmara de simulação de radiação solar (SUNTEST), e também em escala semi-piloto, utilizando um reator do tipo CPC (Concentrador Parabólico Composto) com capacidade para 45L de efluente. A reação de foto-Fenton solar utiliza o íon ferroso (Fe2+) como catalisador na presença de um oxidante para geração de radicais hidroxila (OH•), a radiação solar potencializa a geração desses radicais, que são os responsáveis pela degradação dos contaminantes presentes nas amostras. Devido a elevada reatividade do radical hidroxila, resultando em menor tempo de permanência no sistema, oxidantes alternativos têm sido testados para esses processos para aumentar a eficiência do processo.

Nesse projeto, foram testados três oxidante diferentes (Peróxido de Hidrogênio, Persulfato de Sódio e a ação conjunta desses dois reagentes - Peróxido + Persulfato). As amostras foram analisadas quanto à ocorrência de BRA e GRA utilizando técnicas clássicas de cultivo (plaqueamento de bactérias) e biologia molecular (qPCR) e também por técnicas avançadas de metagenômica através do sequenciamento genético de alto desempenho, como o sequenciamento 16S - que permitiu a análise da diversidade microbiológica na amostra antes e após o tratamento proposto, bem como o sequenciamento total do genoma (WGS – Whole Genome Sequencing), que permitiu a análise de todos os genes presentes nas amostras, antes e após o tratamento.

O foto-Fenton solar realizado com a utilização de peróxido de hidrogênio como oxidante apresentou redução significativa na diversidade microbiana das amostras de efluente. Seis dos 12 patógenos listados como prioritários pela Organização Mundial da Saúde (OMS) foram identificados nas amostras de efluente secundário, sendo alguns deles eliminados após tratamento, como por exemplo, Staphylococcus sp. e Enterococcus sp. Quanto aos GRAs, o tratamento aplicado permitiu a remoção de mais de 90% dos genes que conferem resistência à classe de β-lactâmicos e mais de 60% de remoção dos genes de resistência tet(X)_1, tet(X)_2, mph(E)_3 e msr(E)_4.

A alteração do oxidante para persulfato permitiu uma redução de 88% e 99% da abundância de Proteobacteria e Bacteriodetes presentes no efluentes secundário antes do tratamento, grupos reconhecidos como carreadores de genes de resistência. Com relação à remoção de GRA, o tratamento foi eficiente na redução dos genes que conferem resistência a antibióticos de amplo espectro, como aminoglicosídeos, beta-lactâmicos, macrolídeos e sulfonamidas. Foram obtidas remoções > 50% para os principais genes de resistência presentes no efluente antes do tratamento (macB, sul1, aadA, arnA, tetA e sul2). 

Já a utilização combinada dos dois oxidantes possibilitou uma redução de 92% de Bacteriodetes, contudo com um enriquecimento da abundância de Proteobacteria e Firmicutes. Em contrapartida, esse tratamento fragmentou completamente o DNA das amostras, não permitindo a análise do genoma total.

As estações de tratamento de esgoto recebem efluentes das mais diversas fontes, incluindo hospitais, indústrias e, principalmente a parcela doméstica. Esses efluentes contém uma multiplicidade de bactérias resistentes e genes de resistência a antibióticos e, portanto, disseminadoras da resistência antimicrobiana no ambiente. Esta proposta envolveu uma equipe multidisciplinar de engenheiros, biólogos e químicos que trabalharam colaborativamente na utilização de processos oxidativos solares para a inativação desses microrganismos resistentes a antibióticos e para a degradação dos genes de resistência presentes em efluentes de ETE.

O processo proposto utiliza a energia solar, uma fonte de energia potencial particularmente nas regiões tropicais. Quando convertida a energia química no processo de foto-Fenton solar, essa radiação potencializa a geração de radicais oxidantes capazes de danificar componentes orgânicos essenciais das células de microrganismos, levando à desinfecção, e degradar DNA. Os resultados obtidos permitiram identificar que um tratamento realizado com a luz do sol e reagentes de fácil acesso (sais de ferro, peróxido de hidrogênio e persulfato de sódio) é eficaz no combate a organismos prioritários da OMS e genes de resistência associados a eles.

O projeto possibilita o controle da disseminação de BRA e GRA provocado pelo lançamento de efluentes secundários em corpos receptores, contribuindo assim para a melhoria da qualidade ambiental e da saúde humana, dificultando a disseminação de genes de resistência pelas rotas ambiente-homem, ambiente-animal e, portanto, animal-homem.

Escalonar o processo de tratamento proposto para utilização em ETEs e ampliar a aplicação desse em módulos compactos de tratamento a serem implementados para o tratamento do efluente hospitalar a fim de evitar o aporte de BRA e GRA na rede coletora de esgoto municipal, e consequentemente, nas ETEs.