Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/33623
Type: Tese
Title: Fungos presentes em sedimentos marinhos e lacustres da Antártica: taxonomia, diversidade e bioprospecção de metabólitos bioativos
Other Titles: Fungi present in marine and lake sediments of Antarctica: taxonomy, diversity and bioprospecting of bioactive metabolites
Authors: Mayara Baptistucci Ogaki
First Advisor: Luiz Henrique Rosa
Abstract: Alguns ecossistemas, tais como o mar profundo, lagoas hipersalinas, substratos vulcânicos, desertos e regiões polares possuem condições físico-químicas consideradas desfavoráveis à vida e são caracterizados pela presença de comunidades microbianas denominadas extremófilas, as quais podem ser compostas principalmente por vírus, bactérias, arqueias e fungos. Nos ecossistemas extremos, os fungos são de grande importância ecológica na ciclagem de nutrientes e se destacam por sua alta plasticidade genética e metabólica, as quais ao longo de sua evolução estiveram condicionadas a grandes variações de salinidade, temperatura, radiação, disponibildade de água, pressão, acidez, entre outras. Na Antártica, a pressão seletiva conferida pelas condições climáticas, principalmente as baixas temperaturas e pouca disponibilidade de água, pode ter selecionado fungos com distintas estratégias de sobrevivência, entre elas a produção de substâncias anticongelantes, modificações na composição de membrana celular e também produção de metabólitos primários e secundários diferenciados. Considerando a diversidade e potencial produção de biomoléculas apresentada por fungos extremófilos, estudos básicos e aplicados que envolvam esses micro-organismos são de grande interesse, pelo fato de representarem uma parcela da biodiversiade mundial e também uma rica fonte de substâncias com potencial aplicação em processos biotecnológicos. Desta forma, o presente estudo teve como objetivo caracterizar as comunidades de fungos presentes em sedimentos marinhos e lacustres da Antártica a fim de avaliá-los como potenciais produtores de substâncias bioativas. Nos diferentes substratos avaliados foram obtidos 486 isolados fúngicos pertencentes a 111 unidades taxonômicas operacionais (UTOs). Nas amostras de sedimento marinho das Ilhas Shetlands dos Sul, a maioria dos táxons pertenceu ao gênero Penicillium, com abundância das espécies P. allii-sativi, P. Palitans, P. soliutm e P. chrysogenum, bem como as espécies Pseudoagymnoascus verrucosus e Acremonium fusidioides. Quanto à prospecção de metabólitos bioativos produzidos por estes fungos marinhos, todos os extratos apresentaram atividadade nematicida. Os extratos de 12 táxons foram capazes de inibir o crescimento do fungo fitopatogênico Cladosporium sphaerospermum, entre os quais os extratos de P. solitum e P. chrysogenum foram os mais ativos. Os extratos de 30 isolados marinhos (96.8%) apresentaram atividade herbicida, destes 58% apresentaram máxima inibição da germinação de Allium schoenoprasum e/ou Lactuca sativa, dentre os quais P. allii-sativi, P. chrysogenum, P. Solitum, P. palitans e A. fusidioides foram os mais ativos. Diferentes isolados de Penicillium spp. também se mostraram potencias produtores de substâncias com atividade antiplasmodial e tripanossomicida. Os oito extratos dos fungos marinhos mais ativos foram caracterizados quimicamente por meio de seus espectros de Ressonância Magnética Nuclear H1 (RMN H1), indicando a presença de moléculas aromáticas, as quais podem ser as responsáveis pela expressivas atividades biológicas. As comunidades de fungos presentes em sedimentos lacustres foram analisadas a partir de lagos impactados pela atividade antrópica e lagos não impactados, ambos amostrados no arquipélago das Ilhas Shetlands dos Sul. Nas amostras de sedimento de lagos impactados pela atividade antrópica, 63 UTOs foram caracterizadas e os táxons Pseudeurotium hygrophilum, Pseudogymnoascusus verrucosus e Neobulgaria sp. ocorreram com maior frequência. No sedimento do Lago Central, próximo das estações antárticas, maiores concentrações de metais e menores valores de diversidade e riqueza fúngica foram detectados, ao contrário do Lago Norte, longe das estações. Os extratos de 40 isolados (15.4%) mostraram pelo menos uma atividade biológica contra T. cruzi, C. sphaerospermum ou herbicida, com destaque aos extratos de diferentes isolados de P. hygrophilum, os quais mostraram atividade seletiva para os alvos citados. A partir das amostras de sedimento de lagos não impactados, foram identificadas 42 UTOs, entre as quais os táxons endêmicos e/ou psicrófilos Thelebolus globosus, Vishniacozyma victoriae, Antarctomyces psychrotrophicus e P. verrucosus foram os mais frequentes. Entre os extratos produzidos por estes fungos, 60 (30,8%) apresentaram pelo menos uma atividade biológica contra Leishmania amazonensis, Plamodium falciparum, T. cruzi, C. sphaerospermum ou herbicida e nematicida; contudo, as atividades apresentadas não foram espécie dependente. Apesar das diferentes condições desfavoráveis à vida nos sedimentos marinhos e lacustres da Antártica, as comunidades fúngicas se mostraram ricas e diversas, com elevada dominância de espécies cosmopolitas. Os dados obtidos contribuem para um maior conhecimento das comunidades fúngicas presentes nos sedimentos marinhos e lacustres, considerados oligotróficos, pois muitas espécies foram relatas pela primeira vez. Para os lagos próximos as estações antárticas e afetados pelo turismo na região, o aumento de atividades antropogênicas pode afetar a diversidade e a composição da micota presente, e esta pode representar um modelo útil para o estudo do impacto antrópico na Antártica. Por fim, fungos obtidos a partir sedimentos representam uma fonte rica de metabólitos bioativos, os quais podem ser explorados como protótipos para novos fármacos e herbicidas menos tóxicos para a agricultura.
Abstract: Some ecosystems, such as deep sea, hypersaline lagoons, volcanic substrates, deserts and polar regions, have physicochemical conditions considered unfavorable to life and are characterized by the presence of microbial communities known as extremophiles, which may be composed mainly of viruses, bacteria, archaea and fungi. In extreme ecosystems, fungi have ecological importance in nutrient cycling, and due to their high genetic and metabolic plasticity, which throughout its evolution have been conditioned by large variations in salinity, temperature, radiation, water availability, pressure, acidity, etc. In Antarctica, the selective pressure provided by weather conditions, especially low temperatures and poor water availability, may have selected fungi with different survival strategies, including antifreeze production, changes in cell membrane composition and production of differentiated primary and secondary metabolites. Considering the diversity and potential production of biomolecules presented by extremophile fungi, basic and applied studies involving these microorganisms are of great interest because they represent a portion of the world's biodiversity and also a rich source of substances with potential application in biotechnological processes. Thus, the present study aimed to characterize the fungal communities present in Antarctic marine and lake sediments in order to evaluate them as potential producers of bioactive substances. In the different substrates evaluated were obtained 486 fungal isolates belonging to 111 operational taxonomic units (OTUs). In the Southern Shetlands marine sediment samples, most taxa belonged to the Penicillium genus, with abundance of P. allii-sativi, P. palitans, P. solitum and P. chrysogenum, as well as Pseudoagymnoascus verrucosus and Acremonium fusidioides species. Regarding the prospecting of bioactive metabolites produced by these marine fungi, the extracts of 12 taxa were able to inhibit the growth of the phytopathogenic fungus Cladosporium sphaerospermum, among which the extracts of P. solitum and P. chrysogenum were the most active. All extracts have nematicidal activity. The extracts of 30 isolates (96.8%) presented herbicidal activity, of which 58% showed maximum inhibition of Allium schoenoprasum and/or Lactuca sativa germination, among which P. allii-sativi, P. chrysogenum, P. solitum, P. palitans and A. fusidioides. were the most active. Different isolates of Penicillium spp. Potential producers of substances with antiplasmodial and trypanosomicidal activity were also shown. The eight extracts of the most active marine fungi were chemically characterized by their H1 Nuclear Magnetic Resonance (H1 NMR) spectra, indicating the presence of aromatic molecules, which may be responsible for the expressive biological activities. The fungal communities present in lake sediments were analyzed from lakes impacted by anthropic activity and non-impacted lakes, both sampled in the archipelago of the South Shetlands. In the sediment samples from lakes impacted by anthropic activity, 63 OTUs were characterized and taxa Pseudeurotium hygrophilum, Pseudogymnoascusus verrucosus and Neobulgaria sp. occurred more frequently. In the Central Lake sediment, near the Antarctic stations, higher metal concentrations and lower diversity and fungal richness values were detected, unlike the North Lake, far from the stations. The extracts of 40 isolates (15.4%) showed at least one biological activity against T. cruzi, C. sphaerospermum or herbicide, with emphasis on extracts of different P. hygrophilum isolates, which showed selective activity for the mentioned targets. From sediment samples from non-impacted lakes, 42 OTUs were identified, among which the endemic and/or psychophilic taxa Thelebolus globosus, Vishniacozyma victoriae, Antarctomyces psychrotrophicus and P. verrucosus were the most frequent. Among the extracts produced by these fungi, 60 (30.8%) showed at least one biological activity against Leishmania amazonensis, Plamodium falciparum, T. cruzi, C. sphaerospermum or herbicide; However, the activities presented were not species dependent. Despite the different unfavorable conditions for life in Antarctic marine and lake sediments, the fungal communities were rich and diverse, with high dominance of cosmopolitan species. The data obtained contribute to a better knowledge of the fungal communities present in marine and lake sediments, considered oligotrophic, since many species were reported for the first time. For lakes near the Antarctic stations and affected by tourism in the region, increased anthropogenic activities may affect the diversity and composition of the present mycota, and this may represent a useful model for the study of anthropic impact in Antarctica. Finally, fungi obtained from sediments represent a rich source of bioactive metabolites, which can be exploited as prototypes for new drugs and herbicides less toxic to agriculture.
Subject: Microbiologia
Regiões Antárticas
Fungos
Bioprospecção
Biodiversidade
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICB - DEPARTAMENTO DE MICROBIOLOGIA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Microbiologia
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/33623
Issue Date: 30-Aug-2019
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