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Type: Tese de Doutorado
Title: Diversidade filogenética e funcional do microbioma, com ênfase nos genes envolvidos no metabolismo do arsênio, de sedimento impactado por mineração
Authors: Patrícia Silva Costa
First Advisor: Andrea Maria Amaral Nascimento
First Co-advisor: Edmar Chartone de Souza
Abstract: O Quadrilátero Ferrífero (Minas Gerais, Brasil) é uma das maiores regiões de mineração do mundo, sendo historicamente explorada por mais de 300 anos. Desde então, muitos metais e metaloides tóxicos foram liberados no ambiente, levando a contaminação de corpos dágua. Considerando que a comunidade procariótica influencia a biodisponibilidade destes elementos tóxicos e sua importância no equilíbrio ecológico de ambientes, investigou-se no microbioma a diversidade taxonômica e funcional no sedimento do Córrego da Mina, historicamente contaminado por metais. Abordagens clássica de cultivo com ênfase em bactérias resistentes ao arsênio (As) e genes responsáveis pela sua transformação , e metagenômica, usando plataforma de sequenciamento de nova geração, foram empregadas. Cento e vinte e três isolados bacterianos oxidadores de AsIII e redutores de AsV foram identificados, representados por 20 gêneros. Este estudo descreve pela primeira vez os gêneros Thermomonas e Pannonibacter como transformadores de As. A caracterização fenotípica dos isolados revelou que 72% foram redutores de AsV e 20% oxidadores de AsIII. Além disso, a caracterização genotípica revelou a presença dos genes arsC, aioA e arrA nos isolados: 85% dos isolados abrigaram o gene arsC, 20% o gene aioA e 7% o gene arrA. A análise filogenética dos genes arsC e aioA dos isolados e das bibliotecas de clones sugerem que os isolados obtidos representam bactérias ambientalmente importantes na especiação do As. Além disso, o perfil taxonômico revelado pela análise do metagenoma evidenciou uma comunidade complexa, com dominância dos filos Proteobacteria e Parvarcheota. Genomas de bactérias e arqueias foram reconstruídos baseados em anotações do banco de dados SEED, destacando-se os genomas de Candidatus Nitrospira defluvii e Nitrosopumilus maritimus. A presença dessas espécies no sedimento sugere importante participação no ciclo de C e N. Reconstrução funcional revelou um conjunto diversificado de genes para a assimilação de amônia e amonificação. Estes processos estão envolvidos na manutenção do ciclo de N no sedimento. Além disso, a anotação funcional do metagenoma revelou uma grande diversidade de genes de resistência a metais. Verificou-se, ainda, elevada diversidade metabólica no sedimento do Córrego da Mina, sugerindo que a contaminação histórica por metais, com ênfase em As, não mais afeta a comunidade procariótica. Portanto, os resultados aqui relatados adicionam novos conhecimentos na composição taxonômica e funcional microbiana de sedimentos contaminados por metais.
Abstract: The Iron Quadrangle (Minas Gerais, Brazil) is one of the worlds largest mining regions, being historically explored for over 300 years. Since then, many toxic metals and metalloids were released into the environment, leading to contamination of water bodies. Since prokaryotic community influences the bioavailability of these toxic elements and their importance in the ecological balance of various environments, we investigated the taxonomic and functional diversity in the microbiome from Mina Stream, historically metal-contaminated. Classical approache of cultivation - with emphasis on As-resistant bacteria and genes responsible for As transformation -, and metagenomic sequencing using next-generation platform were applied. One hundred and twenty-three bacterial isolates were identified as AsIII oxidizers and AsV reducers, represented by 20 genera. This study describes for the first time Thermomonas and Pannonibacter as As-transforming genera. Phenotypic characterization of isolates revealed that 72% were AsV reducers and 20% were AsIII oxidizers. In addition, the genotype characterization revealed the presence of arsC, arrA and aioA genes in the bacterial isolates: 85% of the isolates harbored arsC gene, 20% aioA gene and 7% arrA gene. Phylogenetic analysis of arsC and aioA genes obtained from the isolates and clones suggest that these isolates represent environmentally important bacteria acting on the As transformation. Moreover, taxonomic profile obtained by metagenome analysis revealed a complex community, with dominance of Proteobacteria and Parvarcheota. Bacterial and archaeal genomes were reconstructed based on SEED subsystems database, especially Candidatus Nitrospira defluvii and Nitrosopumilus maritimus. Their presence implicated them in C and N cycling in the MSS. Functional reconstruction revealed a large diverse set of genes for ammonium assimilation and ammonification. These processes have been implicated in the maintenance of N cycle of the sediment. Functional annotation unveiled a high diversity of metal resistance genes. Furthermore, a high metabolic diversity was detected in the sediment of Mina Stream, suggesting that the historical metal contamination is no longer affecting it. Finally, the results reported herein may contribute to expand the current knowledge of the microbial taxonomic and functional composition of metal-contaminated sediments.
Subject: Metagenômica
Perfil metabólico
Metais Toxicologia
Sedimentos (Geologia)
Genes de resistência a metais
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9W8HQB
Issue Date: 16-Dec-2014
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