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Type: Tese
Title: Análises de transcrição gênica em cianobactérias, como ferramenta para estudar suas relações com o ambiente
Authors: Juliana da Silva Martins Pimentel
First Advisor: Alessandra Giani
First Co-advisor: Álvaro Cantini
Abstract: As cianobactérias representam um grande grupo dentro dos organismos fitoplanctônicos. São organismos bastante diversos e principalmente em ambientes eutrofizados, estão presentes em grande quantidade. Um dos principais problemas relacionados a este grupo no ambiente aquático é a produção de toxinas, que podem causar problemas tanto para os seres humanos quanto para os organismos que vivem e dependem deste meio. Elas também são capazes de produzir uma gama de metabólitos secundários, muitos dos quais ainda com propriedades desconhecidas. As microcistinas são hepatotoxinas produzidas por muitas espécies de cianobactérias e são frequentemente encontradas nas florações tóxicas. Essa cianotoxina tem como consequência principal hemorragia no fígado e, a longo prazo, são consideradas promotoras de tumores. Nem todas as espécies de cianobactérias são tóxicas, mas a característica de produção de toxina está inscrita no genoma das produtoras, pela presença de genes mcy. Ainda não está claro o porquê da produção de cianopeptídeos e cianotoxinas para as cianobactérias e também se existem fatores ambientais que controlam esta produção. Estudos com mutantes observaram algumas diferenças entre cepas tóxicas e não tóxicas e alguns trabalhos indicaram pH, luminosidade, nutrientes e temperatura como possíveis causas da variação observada na concentração de toxinas nas células. O objetivo do presente trabalho foi avaliar o efeito de fatores ambientais, tanto em laboratório quanto no ambiente natural, na expressão dos genes mcyD e de outros cianopeptídeos. Medidas de expressão de outros genes, ligados ao metabolismo de nitrogênio (ntcA), metabolismo do fósforo (pstS), metabolismo do ferro (furN) e estresse oxidativo (perM), foram mensurados no campo na tentativa de se verificar os fatores que poderiam ter um efeito na produção dos cianopeptídeos pelas cianobactérias. Também, se investigou a fração tóxica (produtora de microcistina) e não tóxica de populações naturais de cianobactérias e a presença de alguns cianopeptídeos no ambiente por meio de métodos moleculares. Para o estudo de laboratório, foram utilizadas duas cepas de cianobactérias e realizados experimentos com limitação pelos macronutrientes fósforo e nitrogênio. Para os estudos ambientais foram coletadas oito amostras de um reservatório eutrofizado, lagoa da Pampulha, e doze amostras de um reservatório considerado oligomesotrófico, Volta Grande. Verificou-se a influência de parâmetros abióticos na expressão gênica de vários dos genes estudados e também na produção de microcistina. Sob condições de estresse, observamos, em laboratório, um aumento da expressão do gene biossintético da microcistina e, no campo, aumento da cianopeptolina. Os resultados obtidos neste estudo parecem indicar que o estresse causado por mudanças nos parâmetros ambientais possa induzir a produção de certos cianopeptídeos e que isso pode auxiliar, de alguma forma, na aclimatação e sobrevivência das cianobactérias a fatores desencadeadores de estresse. Possivelmente, este estudo contribuirá para uma melhor compreensão sobre quais fatores estão ligados a regulação da produção de microcistina e também sobre a função potencial dos cianopeptídeos para a célula. Além do mais, poderá auxiliar futuras pesquisas e procedimentos de controle de cianobactérias no ambiente.
Abstract: Cyanobacteria represent an important group among phytoplanktonic organisms. They are very diverse and can be mainly found in highly eutrophic environments. One of the main problems related to cyanobacteria is the production of toxins that can be harmful for both of humans beings and aquatic animals. Additionally, they are capable of producing a variety of secondary metabolites with function is still unknown. Microcystins are hepatoxins produced by many species of cyanobacteria and they are the main toxins found in toxic blooms. They can cause liver hemorrhages and, in the long run, it seems that they can induce tumors appearance. However not all cyanobacteria species are toxic and this characteristic is found in the genome of toxics strains by the presence of the mcy genes. Very little is known about the real function of the cyanotoxins and about whether their production is controlled by environmental factors. Some researches indicated pH, light, nutrients and temperature as possible reasons for the variation of toxin production observed in the environment. The purpose of this work was to evaluate in laboratory experiments and in the environment, the effect of environmental factors in the expression of the mcyD gene and others cyanopeptides. Furthermore, measures of others genes, linked to nitrogen metabolism (ntcA), phosphorous uptake (pstS), iron metabolism (furN) and oxidative stress (perM), were performed in the field in an attempt to verify factors that could affect cyanopeptides’ production in cyanobacteria. We also investigated the toxic and non-toxic fractions of natural cyanobacteria populations and the presence of some cyanopeptides, by mean of molecular methods. In the laboratory experiments, two cyanobacteria strains were submitted to different levels of phosphorus and nitrogen limitation. In the environmental studies, eigth samples from an eutrophic reservoir, Pampulha, and twelve samples of the an oligotrophic reservoir, Volta Grande, were collected. We observed that environmental factors had an effect on the gene expression of several genes tested and on microcystin production. Under stress conditions, we observed higher production of two cyanopeptides, microcystin in the lab and cyanopeptolin in the field. The results obtained in this study seem to indicate that the stress caused by changes in environmental parameters can induce the production of certain cyanopeptides and this could somehow help in the process of acclimatization and survival of cyanobacteria to factors triggered by stress. It is possible that this study will contribute to a better understanding about which factors are associated with the regulation of microcystin production and the potential function of the cyanopeptides for the cell. Moreover, this research may give support to futures studies and procedures dealing with the control of cyanobacteria populations in water bodies.
Subject: Ecologia
Cianobactérias
Microcistinas
Expressão gênica
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICB - INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLOGICAS
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Ecologia, Conservacao e Manejo da Vida Silvestre
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/36158
Issue Date: 25-Oct-2013
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