Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-03-17T12:02:10Z No. of bitstreams: 1 gisellesantoscavalcantimanhaesdeandrade.pdf: 2846359 bytes, checksum: 064267dc20f08e8554a167629e24dfae (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-03-18T11:50:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 gisellesantoscavalcantimanhaesdeandrade.pdf: 2846359 bytes, checksum: 064267dc20f08e8554a167629e24dfae (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-18T11:50:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 gisellesantoscavalcantimanhaesdeandrade.pdf: 2846359 bytes, checksum: 064267dc20f08e8554a167629e24dfae (MD5) Previous issue date: 2016-08-29 / FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Vesículas de membrana externa (VMEs) liberadas principalmente por bactérias Gram negativas podem participar de diversos processos biológicos como sobrevivência bacteriana, aquisição de nutrientes, estabelecimento de biofilmes, comunicação celular e patogênese. Apesar da importância dessas vesículas em bactérias patogênicas, pouco ainda é conhecido sobre a formação e ocorrência de VMEs em bactérias de ecossistemas aquáticos. Este trabalho teve por objetivo investigar a ocorrência e formação de VMEs em bactérias cultiváveis de um ecossistema aquático amazônico. Para o estabelecimento de culturas bacterianas, amostras foram coletadas do Rio Negro (AM), submetidas à diluição seriada e semeadas em dois meios de cultura sólidos não seletivos: R2A e TSA. As colônias bacterianas em cultura foram caracterizadas em morfotipos de acordo com seus aspectos macroscópicos e microscópicos (forma, arranjo e composição da parede celular) por microscopia de luz. Os morfotipos foram transferidos para meio liquido (TSB) e a curva de crescimento estabelecida por densidade óptica através de espectrofotometria e densidade bacteriana pela microscopia de fluorescência. O estabelecimento das culturas de bactérias do Rio Negro apontaram que o meio R2A possibilitou o crescimento de mais morfotipos de colônias (10). Análises por microscopia de luz dos morfotipos mostraram uma maior ocorrência de bactérias Gram negativas (58,33%), com predominância de bacilos (51%) e distribuídas isoladamente (58,33%). A curva de densidade em meio líquido (TSB) mostrou-se estável na quarta hora de cultura, indicando o fim da fase exponencial e início da fase estacionária. A microscopia eletrônica de transmissão revelou bactérias de diferentes tamanhos (0,93 μm2 à 1.290 μm2) e envoltório celular com características típicas de espessura e composição dos grupos bacterianos gram-positivo e gramnegativo. Análises quantitativas demonstraram maior ocorrência de bactérias com parede celular tipicamente Gram negativa (77,28%), caracterizada pela presença de membrana plasmática, espaço periplasmático e membrana externa. Paralelamente, além das características morfológicas do envoltório celular bacteriano, foi possível a observação de estruturas bacterianas intra e extracelulares, como cápsula, flagelo, nucleóide, grânulos e septos de divisão e esporulação. A MET revelou a ocorrência de VMEs, brotando da membrana externa de bactérias Gram negativas em direção ao meio extracelular. A maior proporção de VMEs (83%) foi encontrada em processo de formação, aparecendo isoladamente ou formando grupamentos vesiculares aderidos ao envoltório celular. VMEs já completamente formadas, livres no meio extracelular também foram detectadas (17%) distantes ou próximas de grupos de bactérias. Análises morfométricas das VMEs revelaram vesículas de tamanhos variados (15 µm-300 µm de diâmetro). Porém, as vesículas aderidas às bactérias apresentaram menor diâmetro (60,94 ± 7,32 µm) em comparação com as vesículas livres no meio extracelular (149,4 ± 21,10 µm, p<0,0001). Em conjunto, o presente trabalho demonstrou a capacidade de bactérias aquáticas cultiváveis do Rio Negro secretarem VMEs durante o crescimento em cultura. O entendimento de diferentes aspectos morfológicos destas bactérias e a caracterização ultraestrutural das VMEs enfatiza o fato das bactérias de ecossistemas aquáticos constituírem microrganismos estruturalmente organizados, denotando sua complexidade funcional e adaptativa. / Outer membrane vesicles (OMVs) released by Gram negative bacteria play an important role in a variety of biological processes, such as bacterial survival, nutrient acquisition, biofilm establishment, cell communication and pathogenesis. Despite the importance of these vesicles in pathogenic bacteria, the formation and occurrence of OMVs in bacteria of aquatic ecosystems is still poorly understood. The present work aimed to investigate the occurrence and formation of OMVs in cultured bacteria from an Amazonian aquatic ecosystem. For bacterial cultures, samples were collected from Negro River (AM), serially diluted and spread-plate in two non-selective solid culture media: R2A and TSA. Colonies were characterized through macroscopic aspects and microscopic characteristics. Colonies morphotypes were transferred to non-selective liquid media (TSB) and the growth curve was analyzed by optical and cellular density, through spectrophotometry and fluorescence microscopy, respectively. Our results showed that R2A media enabled the growth of most colonies morphotypes (10). Microscopic analyses by light microscopy showed that Gram negative bacteria (58,33%), bacillus shape (51%) and isolate arrangement (58,33%) were predominant among bacterial morphotypes. The density curve showed a growth stabilization around the fourth hour of culture, indicating the end of the exponential phase and the begging of the stationary phase. Transmission electron microscopy revealed bacteria with different sizes (0,93 μm2 à 1.290 μm2) showing gram-positive and gram-negative envelopes. TEM quantitative analyses showed higher frequency of Gram negative bacteria (77,28%) exhibiting cell envelope composed by plasma membrane, periplasmic space and outer membrane. TEM enabled the visualization of intra and extracellular bacterial structures, such as capsule, flagellum, nucleiod, granules and cellular septa. TEM analyses revealed the occurrence of OMVs extruded from the outer membrane of Gram negative bacteria. The higher OMVs proportion was found in process of budding, appearing isolated or in clusters adhered to cellular envelope. Free OMVs were also detected in the extracellular medium, near or distant from bacterial clusters. Morphometric analyses showed vesicles with various sizes (15 µm-300 µm in diameter). However, vesicles in process of formation showed smaller size than free vesicles in the extracellular medium. Altogether, the present work demonstrated, for the first time, the ability of bacteria from Negro River to generate OMVs during growth in culture media. The ultrastructural characterization of OMVs emphasizes the fact that bacteria from aquatic ecosystems are structurally organized microorganisms denoting its functional and adaptive complexity.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-07-01T13:22:09Z No. of bitstreams: 1 thiagopereiradasilva.pdf: 8248708 bytes, checksum: 846bfbc45d8748f458221b2646af213c (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-13T16:00:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 thiagopereiradasilva.pdf: 8248708 bytes, checksum: 846bfbc45d8748f458221b2646af213c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-13T16:00:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 thiagopereiradasilva.pdf: 8248708 bytes, checksum: 846bfbc45d8748f458221b2646af213c (MD5) Previous issue date: 2012-03-29 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O bacterioplâncton é um dos componentes da cadeia trófica em ecossistemas aquáticos, sendo regulado por fatores como disponibilidade de nutrientes, temperatura, predação e infecção viral. A morte de bactérias é caracterizada como o processo de perda funcional e morfológica da célula e tem função de controlar a abundância e produção bacteriana, com significado importante na ciclagem de carbono e nutrientes nos ecossistemas aquáticos. No entanto, o processo de morte celular em bactérias aquáticas é desconhecido. Ainda não se sabe se a morte celular programada (MPC), processo regulado e bem conhecido em organismos eucariotos, ocorre em bactérias aquáticas. Este trabalho teve por objetivo investigar a ocorrência de MCP em bactérias aquáticas utilizando dois modelos de ecossistemas: lago Batata e lago dos Manacás. O lago Batata é um ecossistema amazônico de inundação e encontra-se divido em duas áreas: impactada e natural. O lago dos Manacás é um ecossistema artificial localizado em Minas Gerais. Três grupos de bactérias, provenientes do lago dos Manacás, lago Batata – área natural e lago Batata – área impactada foram estudados. As amostras de água foram coletadas na sub-superfície dos lagos e processadas para análises da viabilidade celular por microscopia de fluorescência e da fragmentação de DNA por citometria de fluxo. Em paralelo, amostras do lago Batata – área impactada foram processadas para microscopia eletrônica de transmissão (MET) para caracterizar a diversidade ultraestrutural da comunidade bacteriana e investigar a ocorrência de alterações celulares bacterianas. Os resultados da viabilidade celular utilizando marcadores específicos para integridade de membrana (LIVE/DEAD BacLight) mostraram diretamente a presença de bactérias vivas/viáveis e mortas/inviáveis . O lago Batata apresentou maior proporção de morte celular bacteriana (36,20%) em comparação com o lago dos Manacás (19,66%). As análises de fragmentação de DNA (ensaio TUNEL) mostraram que a MCP constitui um fenômeno presente nos ecossistemas aquáticos estudados, com maior ocorrência na área impactada do lago Batata. A MET revelou a presença de bactérias aquáticas com grande diversidade ultraestrutural, representada por diferenças morfológicas quanto ao envoltório celular, cápsula, mesossomos, vesículas membranosas, partículas aderidas e tilacóides. Além disso, 34,28% das bactérias apresentavam vírus no citoplasma. A diversidade ultraestrutural pode representar a ampla diversidade metabólica e adaptativa bacteriana, enquanto a presença de vírus parece relacionada com a morte bacteriana. As análises de integridade ultraestrutural mostraram que (i) a maior proporção de bactérias encontrava-se com alterações ultraestruturais indicativas de processo de morte, (ii) a frequência de ocorrência de cápsula foi menor nas bactérias vazias, (iii) bactérias com alterações apresentaram maior frequência de partículas aderidas, e (v) o número médio de fagos por secção foi significativamente maior nas bactérias alteradas em comparação com as bactérias intactas. A MET mostrou a ocorrência de alterações ultraestruturais típicas de MCP, como retração e condensação citoplasmáticas. Em conjunto, nossos dados ressaltam morte bacteriana como um evento importante atuando na regulação da comunidade bacteriana e demonstra, pela primeira vez, a ocorrência de MCP em bactérias aquáticas. A MCP pode ter significado funcional como um dos mecanismos desenvolvidos para sobrevivência da comunidade bacteriana. / The bacterioplankton is an important component of the food web structure in aquatic ecosystems and it is regulated by many factors such as nutrient supply, temperature, predation and virus infection. Bacterial death is characterized by functional and morphological loss of the bacterial cell with roles in the control process of abundance and bacterial production of aquatic ecosystems and functional meaning in the carbon and nutrient cycles. However, the cell death process in aquatic bacteria remains to be defined. Programmed cell death (PCD) is a regulated process largely known in eukaryotic organisms. There are not studies dealing with PCD occurrence in aquatic bacteria. This study aimed to investigate the occurrence of PCD in free-living aquatic bacteria in two models of aquatic ecosystems: Batata lake and Manacás lake. Batata Lake is located on floodplain Trombetas river in northern of Brazilian Amazon. This ecosystem has been impacted for bauxite tailings over teen years and it is presently divided in impacted and natural stations. Manacás Lake is an artificial system located in Minas Gerais. Three groups of bacteria from Manacás Lake, Batata lake – impacted area - and Batata lake – natural area -were studied. Water samples were collected from the subsurface of these lakes and processed for analyses of bacterial viability by fluorescence microscopy and DNA fragmentation by flow citometry. In parallel, samples from Batata lake – impacted area - were processed for transmission electron microscopy (TEM) for characterization of the bacterial community ultrastructural diversity and investigation of bacteria alterations. Our cell viability results using specific markers for membrane integrity (LIVE/DEAD BacLight) showed directly the presence of live/viable and dead/ not viable bacteria. Batata lake presented a higher proportion of bacterial death (36,20%) compared to Manacás lake (19,66%). DNA fragmentation analyses (TUNEL assay) showed that PCD is a phenomenon occurring in all aquatic ecosystems investigated, with higher frequency in the Batata lakeimpacted area compared to the other ecosystems. Our TEM analyses revealed a great bacterial ultrastructural diversity represented by morphological differences in the cellular envelope, capsule, mesosomes, membrane vesicles, attached particles and thylacoids. Moreover, around 34,28% of the bacteria showed virus in their cytoplasm. The ultrastructural diversity may represent the large metabolic and adaptative diversity of aquatic bacteria while the presence of virus may be related to bacterial death. Our ultrastructural integrity analyses showed that (i) the higher proportion of bacteria was in death process or dead (damaged and empty), (ii) the capsule frequency is lower in empty bacteria, (iii) the higher bacteria-particle association was found in altered bacteria, (iv) the mean number of viruses per cell section was higher in altered compared to intact bacteria. TEM also showed the presence occurrence of typical ultrastructural changes indicative of MPC, such as cell retraction and condensation. Altogether, our data demonstrate that PCD occur in aquatic bacteria, and that this event may be a survival mechanism for bacterial communities in these ecosystems.