Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/11618
Title: UV-induced stress in bacterioneuston : mechanisms and ecological implications
Other Titles: Stress induzido por UV no bacterioneuston : mecanismos e implicações ecológicas
Author: Santos, Ana Luísa Mendes dos
Advisor: Cunha, Angela
Correia, António Carlos Matias
Keywords: Biologia
Radiação ultravioleta
Bacterioplâncton
Stresse oxidativo
Defense Date: 26-Mar-2013
Publisher: Universidade de Aveiro
Abstract: As bactérias desempenham um papel chave na reciclagem de energia e matéria nas teias tróficas aquáticas. No entanto, as suas pequenas dimensões, curto tempo de geração e o facto de os seus genomas constituírem uma grande porção do seu volume celular, tornam as bactérias mais suscetíveis às alterações ambientais que os organismos superiores. O aumento dos níveis de radiação UVB (280-320 nm) constitui uma ameaça particularmente importante para as comunidades bacterianas dos sistemas aquáticos, uma vez que a radiação consegue penetrar até profundidades consideráveis. No entanto, os mecanismos através dos quais a radiação causa danos nas bactérias ainda não são claros, o que impede a modelação precisa dos efeitos da radiação UV nas comunidades bacterianas naturais. O bacterioneuston habita a microcamada superficial (primeiro milímetro da coluna de água), estando naturalmente exposto a níveis de radiação UV superiores aos que o bacterioplâncton está exposto. Deste modo, a microcamada superficial pode ser vista como um nicho ecológico modelo para estudar as interações entre as bactérias e a radiação UV. Os objetivos deste trabalho foram (i) avaliar a influência do nível de exposição natural à radiação das comunidades bacterianas na sua sensibilidade à radiação UV, através da comparação das respostas fotobiológicas do bacterioneuston e bacterioplâncton; (ii) aprofundar o conhecimento acerca dos mecanismos através dos quais a radiação UV causa danos, bem como dos fatores que afetam a interação entre a radiação UV e as bactérias; e (iii) avaliar o potencial da proteína RecA, que medeia a resposta SOS das bactérias, para ser usada como marcador de danos induzidos por UV nas comunidades bacterianas. Verificou-se que o bacterioneuston é mais resistente à radiação UVB que o bacterioplâncton e recupera de modo mais eficiente dos danos induzidos por UV, particularmente em condições de escassez de nutrientes, indicando assim que o nível de exposição natural das comunidades bacterianas à radiação afeta a sua sensibilidade à radiação UV. Os resultados das análises independentes do cultivo revelaram o potencial da radiação UV para afetar a estrutura das comunidades bacterianas ao selecionar bactérias resistentes. A análise do perfil de utilização de fontes de carbono usando o sistema de Ecoplacas Biolog ® e a determinação das taxas de incorporação de leucina e timidina permitiu também verificar que a radiação UV modifica o funcionamento das comunidades bacterianas. Os resultados obtidos indicam a possibilidade do bacterioneuston conter um conjunto de estirpes resistentes a UV que, mediante as condições meteorológicas apropriadas, podem ser selecionadas aquando da exposição à radiação.
A determinação dos efeitos da radiação UV de diferentes comprimentos de onda na abundância e atividade bacterianas, bem como nos níveis de vários marcadores de stress oxidativo (produção de ROS, quebra de cadeias do DNA, peroxidação lipídica e carbonilação proteica), permitiu verificar que a sobrevivência aquando da exposição à radiação UVA (320-400 nm), UVB e UVC (100-280 nm) é determinada pela extensão dos danos ao nível do DNA, oxidação lipídica e níveis intracelulares de ROS, respetivamente. Adicionalmente, estudos de espetroscopia do infravermelho revelaram uma variedade de modificações oxidativas, composicionais e estruturais nos lípidos e proteínas das bactérias com a irradiação. Usando diferentes antioxidantes, verificou-se que o oxigénio singleto desempenha um papel crucial na inativação das bactérias durante a exposição à radiação UVB, potencialmente devido à sua participação na oxidação lipídica. Verificou-se também que a adição de metais, particularmente ferro, cobre e manganês, acentua a inativação das bactérias durante a exposição à radiação UVB, o que sugere que a homeostasia dos níveis de metais na célula durante a irradiação é crucial para atenuar os efeitos nocivos dos ROS. Experiências conduzidas com estirpes bacterianas incubadas a diferentes temperaturas (15 ºC e 25 ºC), em diferentes fases de crescimento (fase exponencial e estacionária) e diferentes meios de cultura (rico e pobre em nutrientes) revelaram que as condições de crescimento são determinantes cruciais da extensão dos danos oxidativos induzidos pela exposição à radiação UVB nas bactérias. Verificou-se também que o ambiente abiótico (conteúdo em nutrientes e qualidade do meio de suspensão) das comunidades bacterianas influencia a sua sensibilidade à radiação UVB. O estudo da filogenia da proteína RecA revelou grande coerência com a filogenia do gene 16S rRNA, demonstrando uma elevada conservação da proteína, e não qualquer adaptação particular à resistência ao stress. Vários plasmídeos contendo homólogos do gene recA ainda não descritos na literatura foram identificados e a análise do contexto genómico revelou a possibilidade dos genes recA presentes nos plasmídeos poderem complementar os genes recA cromossomais na resposta SOS. No seu conjunto, os resultados obtidos neste trabalho fornecem novas perspetivas acerca da fotobiologia ambiental das comunidades bacterianas. Novas informações acerca dos mecanismos e fatores que influenciam os efeitos inibitórios da radiação UV nas bactérias foram também obtidas. Esta informação poderá ajudar a uma melhor compreensão da interação entre as bactérias e radiação UV no contexto das alterações globais, bem como o desenvolvimento de tecnologias de desinfeção baseadas em UV mais eficientes.
Description: Doutoramento em Biologia
URI: http://hdl.handle.net/10773/11618
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