Nos últimos anos, os metais vêm ganhando maior atenção em estudos devido aos impactos causados no ambiente, sua persistência e capacidade de bioacumulação e biomagnificação. As zonas costeiras por sua localização sofrem danos maiores, principalmente devido à grande quantidade de efluentes depositada nessa área provenientes de atividades urbanas, industriais, agrícolas e mineiras, dentre outras. As algas são organismos que compõe a base da cadeia alimentar e possuem ainda capacidade de estocar metais tornando-os menos disponíveis para as espécies que habitam a região. Tal característica torna esse organismo uma alternativa economicamente viável e ecológica em processos de biorremediação. As macroalgas pertencentes ao gênero Gracilaria, possuem grande importância econômica na produção de ágar, e alguns de seus metabólitos são utilizados no ramo farmacêutico, medicinal e de cosméticos. No entanto, esse gênero pode ser também um bom bioindicador da presença de metais, e os efeitos causados por esses compostos, potenciais biomarcadores. O objetivo presente estudo é verificar os efeitos dos metais cobre (Cu) e cádmio (Cd) em enzimas antioxidantes e de biotransformação na espécie Gracilaria domingensis, e os mecanismos de retenção e detoxificação desses metais. A descrição desses mecanismos visa contribuir com a possibilidade de utilização dessas macroalgas para remediação de ambientes impactados. Para tanto foram desenvolvidos experimentos para definição de valores de IC50 que estabeleceram que os valores de IC50 para o cobre e cádmio para espécie Graciliaria domingensis são 10,6 e 1,05 mg/L, respectivamente. E foram feitos experimentos utilizando as concentrações de cobre de 5,3 e 10,6 mg/L (½ IC50 e IC50) por períodos de 1, 24 e 48 horas. Experimentos com grupos de recuperação, além de experimentos utilizando as concentrações determinadas pelo CONAMA 357/2005 e experimentos de perfil temporal de formação de fitoquelatinas e resposta de biomarcadores após 24, 48, 72 e 96 horas de exposição. As análises das algas expostas demonstraram aumento na atividade da glutationa peroxidase (GPx), glutationa-Stransferase (GST) e ascorbato peroxidase (APx). No entanto, a catalase (CAT) não apresentou atividade detectável, nem mesmo na presença do metal. As análises teste de fitoquelatinas, GSH e GSSG foram inconclusivas, porém os novos testes realizados com concentrações legisladas e relativas ao IC50 mostraram alterações significativas nos níveis de GSSG e GSH para exposição ao cobre, no entanto, o grupo tratado com cádmio foi o único que apresentou fitoquelatinas detectáveis. A espécie Gracilaria domingensis tem demonstrado potencial como organismos bioindicador e os biomarcadores estão fornecendo resultados promissores. / In the last years great importance are being dedicated to the research of metals because of their environmental impact, persistence and the possibility of bioacummulation and biomagnification. The large amount of effluents produced by urban, industrial, agricultural and mining activities among others affect particularly the coastal areas. In this context, the algae which compose the basis of the foodweb, and have the capacity to stock metals decreasing their availability in the environment and therefore to other species inhabiting the area. Such characteristic make the algae a feasibly economic and ecological alternative to be used in bioremediation approaches. Macroalgae belonging to the genus Gracilaria, possess already an economical importance in the production of agar and, some of its metabolites are commonly used in the pharmaceutical industry. The organisms of this genus can also be an indicator of the metal presence in the environment and the effects caused by these compounds potential biomarkers. The objective of this project is to assess the effect of copper (Cu) and cadmium (Cd) on antioxidant or biotransformation enzymes in the algae Gracilaria domingensis and also the mechanisms of retention and detoxification of these metals. The description of these mechanisms can contribute to further use this macroalgae to bioremediation processes. Experiments established the IC50 of copper and cadmium in Gracilaria domingensis at 10.6 and 1.05 mg. L-1, respectively. Experiments using the copper\'s concentrations 5.3 and 10.6 mg. L-1 (½ IC50 and IC50) for 1, 24 and 48 h of were performed. Besides experiments with recovery groups, experiments using CONAMA 357/2005 concentration and experiment with different times of exposure (24, 48,72 and 96 hours) to understand better when phytochelatins starts to be produced and a profile of biomarkers The analysis of exposed algae to copper demonstrated an increased activity of glutathione peroxidase (GPx), glutathione-S-transferase (GST) and ascorbate peroxidase (APx). Interestingly, the catalase (CAT) activity was not detected even though in the presence of metal. Other experiments using concentration determined by CONAMA and IC50 was performed, as well experiments using recovery groups, and a temporal profile, to see the results for 24, 48, 72 e 96 hours of exposure. The analysis of phytochelatine, GSH and GSSG test were inconclusive and new conducted tests with CONAMA\'s and IC50 concentration showed significant alterations in the levels of GSSG e GSH for the samples exposed to copper, however, only the group treated with cadmium demonstrated detectable levels of phytochelatin. The species Gracilaria domingensis has been demonstrating the potential as a bioindicator organism and the biomarkers are producing promising results.

Nos últimos anos, os metais vêm ganhando maior atenção em estudos devido aos impactos causados no ambiente, sua persistência e capacidade de bioacumulação e biomagnificação. As zonas costeiras por sua localização sofrem danos maiores, principalmente devido à grande quantidade de efluentes depositada nessa área provenientes de atividades urbanas, industriais, agrícolas e mineiras, dentre outras. As algas são organismos que compõe a base da cadeia alimentar e possuem ainda capacidade de estocar metais tornando-os menos disponíveis para as espécies que habitam a região. Tal característica torna esse organismo uma alternativa economicamente viável e ecológica em processos de biorremediação. As macroalgas pertencentes ao gênero Gracilaria, possuem grande importância econômica na produção de ágar, e alguns de seus metabólitos são utilizados no ramo farmacêutico, medicinal e de cosméticos. No entanto, esse gênero pode ser também um bom bioindicador da presença de metais, e os efeitos causados por esses compostos, potenciais biomarcadores. O objetivo presente estudo é verificar os efeitos dos metais cobre (Cu) e cádmio (Cd) em enzimas antioxidantes e de biotransformação na espécie Gracilaria domingensis, e os mecanismos de retenção e detoxificação desses metais. A descrição desses mecanismos visa contribuir com a possibilidade de utilização dessas macroalgas para remediação de ambientes impactados. Para tanto foram desenvolvidos experimentos para definição de valores de IC50 que estabeleceram que os valores de IC50 para o cobre e cádmio para espécie Graciliaria domingensis são 10,6 e 1,05 mg/L, respectivamente. E foram feitos experimentos utilizando as concentrações de cobre de 5,3 e 10,6 mg/L (½ IC50 e IC50) por períodos de 1, 24 e 48 horas. Experimentos com grupos de recuperação, além de experimentos utilizando as concentrações determinadas pelo CONAMA 357/2005 e experimentos de perfil temporal de formação de fitoquelatinas e resposta de biomarcadores após 24, 48, 72 e 96 horas de exposição. As análises das algas expostas demonstraram aumento na atividade da glutationa peroxidase (GPx), glutationa-Stransferase (GST) e ascorbato peroxidase (APx). No entanto, a catalase (CAT) não apresentou atividade detectável, nem mesmo na presença do metal. As análises teste de fitoquelatinas, GSH e GSSG foram inconclusivas, porém os novos testes realizados com concentrações legisladas e relativas ao IC50 mostraram alterações significativas nos níveis de GSSG e GSH para exposição ao cobre, no entanto, o grupo tratado com cádmio foi o único que apresentou fitoquelatinas detectáveis. A espécie Gracilaria domingensis tem demonstrado potencial como organismos bioindicador e os biomarcadores estão fornecendo resultados promissores. / In the last years great importance are being dedicated to the research of metals because of their environmental impact, persistence and the possibility of bioacummulation and biomagnification. The large amount of effluents produced by urban, industrial, agricultural and mining activities among others affect particularly the coastal areas. In this context, the algae which compose the basis of the foodweb, and have the capacity to stock metals decreasing their availability in the environment and therefore to other species inhabiting the area. Such characteristic make the algae a feasibly economic and ecological alternative to be used in bioremediation approaches. Macroalgae belonging to the genus Gracilaria, possess already an economical importance in the production of agar and, some of its metabolites are commonly used in the pharmaceutical industry. The organisms of this genus can also be an indicator of the metal presence in the environment and the effects caused by these compounds potential biomarkers. The objective of this project is to assess the effect of copper (Cu) and cadmium (Cd) on antioxidant or biotransformation enzymes in the algae Gracilaria domingensis and also the mechanisms of retention and detoxification of these metals. The description of these mechanisms can contribute to further use this macroalgae to bioremediation processes. Experiments established the IC50 of copper and cadmium in Gracilaria domingensis at 10.6 and 1.05 mg. L-1, respectively. Experiments using the copper\'s concentrations 5.3 and 10.6 mg. L-1 (½ IC50 and IC50) for 1, 24 and 48 h of were performed. Besides experiments with recovery groups, experiments using CONAMA 357/2005 concentration and experiment with different times of exposure (24, 48,72 and 96 hours) to understand better when phytochelatins starts to be produced and a profile of biomarkers The analysis of exposed algae to copper demonstrated an increased activity of glutathione peroxidase (GPx), glutathione-S-transferase (GST) and ascorbate peroxidase (APx). Interestingly, the catalase (CAT) activity was not detected even though in the presence of metal. Other experiments using concentration determined by CONAMA and IC50 was performed, as well experiments using recovery groups, and a temporal profile, to see the results for 24, 48, 72 e 96 hours of exposure. The analysis of phytochelatine, GSH and GSSG test were inconclusive and new conducted tests with CONAMA\'s and IC50 concentration showed significant alterations in the levels of GSSG e GSH for the samples exposed to copper, however, only the group treated with cadmium demonstrated detectable levels of phytochelatin. The species Gracilaria domingensis has been demonstrating the potential as a bioindicator organism and the biomarkers are producing promising results.

SILVA, G. C. Bioatividade de extratos de algas frente à bactérias com fatores de virulência, resistentes a antimicrobianos. 2012. 61 f. Dissertação (mestrado em Ciências Marinhas Tropicais) - Instituto de Ciências do Mar, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012. / Submitted by Nadsa Cid (nadsa@ufc.br) on 2015-04-20T19:31:37Z No. of bitstreams: 1 2012_dis_gcsilva.pdf: 1478354 bytes, checksum: 59498a440456387052763c8870f84f49 (MD5) / Approved for entry into archive by Nadsa Cid(nadsa@ufc.br) on 2015-04-20T19:31:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_dis_gcsilva.pdf: 1478354 bytes, checksum: 59498a440456387052763c8870f84f49 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-20T19:31:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_dis_gcsilva.pdf: 1478354 bytes, checksum: 59498a440456387052763c8870f84f49 (MD5) Previous issue date: 2012 / Infection of aquatic organisms by Vibrios can lead to serious economic losses for farmers and expose consumers to serious health risks. Some Vibrio species carry factors of virulence making them potentially pathogenic to humans. The consequent widepread use of antibiotics by farmers has led to the selection of resistant strains in the environment. Due to the increasing incidence of bacteria resistant to antibiotics, much effort is currently invested in identifying natural products with bioactive potential. Macroalgae have been studied for their ample spectrum of biological, antioxidant, antifungal and agglutinating activities. The purpose of this study was to evaluate the antibacterial activity of hexane, methanol, acetone and ethanol-based extracts of Chlorophyta, Phaeophyta and Rhodophyta macroalgae against virulent víbrio strains resistant to antibiotics. The microorganisms used in the study included víbrio strains isolated from wild oysters purchased at a fish market, strains from shrimp hemolymph and the standard strains ATCC and IOC. The strains were challenged with extracts using the disk diffusion method. Ethanol was the most efficient solvent. Padina gymnospora inhibited the largest number of Vibrio species (57%) and produced the largest inhibition halos, followed by Ulva fasciata (40%) and Hypnea musciformes (30%). The smallest minimum inhibitory concentration was observed for ethanolic extracts of Padina gymnospora (512 μg/mL against Vibrio alginolyticus). The results suggest extracts of marine macroalgae may represent a potential source of natural biologically active products for use in the industry. / Bactérias do gênero Vibrio acometem a saúde de organismos aquáticos causando sérios prejuízos econômicos a aquicultores e problemas na saúde dos consumidores. Determinadas espécies são consideradas potencialmente patogênicas por possuírem fatores de virulência. Em virtude dos problemas causados por vibrioses, o uso de antimicrobianos em cultivo aquático tornou-se constante, e determinante na seleção de cepas resistentes. Com o aparecimento cada vez maior de bactérias resistentes a antimicrobianos, surgiu o interesse pela busca de produtos naturais com potencial bioativo. As algas tornaram-se alvo de pesquisas por serem responsáveis por um amplo espectro de atividades biológicas, antioxidantes, antifúngicos, aglutinantes, além de antibacterianos. Deste modo, este trabalho objetivou investigar a atividade antibacteriana de extratos hexânicos, metanólicos, acetônicos e etanólicos de macroalgas das classes Chlorophyta, Phaeophyta e Rhodophyta frente a víbrios com fatores de virulência, resistentes a antimicrobianos. Esses víbrios foram isolados de ostras selvagens comercializadas em uma feira de pescado, e de hemolinfa de camarão, além de cepas padrões ATCC e IOC e foram testados através de antibiograma pelo método de difusão em disco. Concluiu-se que: o álcool etílico foi o solvente mais eficaz na extração do composto ativo capaz de inibir o crescimento bacteriano; a Padina gymnospora foi a macroalga que apresentou a maior capacidade inibitória das espécies de Vibrio (57%) e as maiores zonas de inibição, seguida pela Ulva fasciata (40%) e por último a Hypnea musciformes (30%); O menor valor de CIM encontrado foi com o extrato etanólico da Padina gymnospora com 512 μg/ mL contra V. alginolyticus.Os resultados apresentados neste trabalho sugerem que os extratos de macroalgas marinhas poderiam servir como uma fonte potencial de produtos naturais biologicamente ativos para aplicação na indústria.

O presente trabalho analisou as fases gametofítica e tetrasporofítica de morfos verde, vermelho e marrons de Gracilaria domingensis em laboratório. A capacidade reprodutiva foi testada considerando-se: i, número de cistocarpos diferenciados; ii, número de carpósporos e tetrásporos liberados; iii, diâmetro desses esporos; e iv, sobrevivência de carpósporos e tetrásporos, esse último em diferentes condições de irradiância, nutrientes, e radiação ultravioleta. A capacidade somática foi testada em diferentes fases do desenvolvimento por meio da análise dos seguintes parâmetros: i, taxas de crescimento em diferentes condições nutricionais; ii, taxas de crescimento em diferentes condições de radiação ultra-violeta; iii, atividade da enzima nitrato redutase em diferentes condições nutricionais; iv, taxas de fotossíntese; e v, síntese de aminoácidos semelhantes a micosporinas (MAAs) em diferentes condições de radiação UV-B. Uma das únicas diferenças observadas na capacidade reprodutiva entre as linhagens foi o maior período de liberação de carpósporos derivados dos cruzamentos envolvendo apenas gametófitos vermelhos. Essa característica disponibilizaria uma maior quantidade de propágulos dessa linhagem, trazendo vantagens competitivas em relação às demais no ambiente natural. Plantas verdes mostraram maiores valores de fotossíntese máxima, maior síntese de MAAs quando expostas à radiação UV-B, e maior teor de proteínas solúveis totais quando comparadas às plantas vermelhas. Essas respostas sugerem adaptações a ambientes oligotróficos e com intensa luminosidade. Foi observada heterose nas linhagens de tetrasporófitos marrons (VmVd ou VdVm) com relação a pelo menos um dos seguintes parâmetros: fotossíntese máxima e eficiência fotossintetizante; taxas de crescimento; conteúdo de proteínas solúveis totais; atividade da NR; e sobrevivência de carpósporos. Esse vigor híbrido, pelo menos quanto a alguns aspectos, favoreceria a manutenção do alelo verde na natureza. As linhagens de tetrasporófitos marrons apresentaram desempenho distinto quando comparadas entre si com relação a sobrevivência de esporos e taxas de crescimento, indicando que os dois genótipos se expressam de forma diferente frente a condições abióticas distintas. O número de carpósporos liberados foi semelhante ao de tetrásporos considerando-se a massa fresca das plantas férteis, porém, a sobrevivência desses últimos foi sempre maior. O desempenho somático e reprodutivo de tetrasporófitos foi maior que o de gametófitos na maior parte das condições testadas, independentemente da linhagem. Esses resultados demonstraram que as diferentes fases do histórico de vida de G. domingensis têm características metabólicas distintas, o que confere às plantas uma maior plasticidade fenotípica. As diferenças detectadas entre as linhagens no presente trabalho foram discretas. Caso as vantagens proporcionadas pelo alelo verde fossem muito superiores às apresentadas pelo alelo vermelho, ou vice-versa, seria esperado que, ao longo do tempo, uma das duas formas excluísse a outra. A coexistência dos morfos, porém, indica que cada um deles deve ocupar um nicho ligeiramente distinto do outro, o que confere à espécie vantagens frente a ambientes heterogêneos e/ou mudanças ambientais, possibilitando uma maior capacidade de adaptação. / This work investigated gametophytic and tetrasporophytic phases of green, red and brown morphs of Gracilaria domingensis in laboratory. The reproductive performance was tested considering the following: i, number of cystocarps produced; ii, number of carpospores and tetraspores released; iii, diameter of these spores; and iv, survival of carpospores and tetraspores in different nutrient, irradiance and UV-B conditions. The somatic performance of different life phases was tested considering the following: i, growth rates on different nutritional conditions; ii, growth rates on different UV-B conditions; iii, nitrate reductase (NR) activity on different nutritional conditions; iv, photosynthetic rates; and v, mycosporine-like amino acids (MAAs) synthesis on different UV-B conditions. Carpospores originated by the cross of red males x red females were released by a longer period of time when compared to the other carpospores strains. This was almost the only difference found in the reproductive performance among different strains, and could make a greater number of the red strain propagules available for settling. This result could represent competitive advantages in the natural environment. Green plants showed greater values of maximum photosynthesis, a greater MAAs synthesis when exposed to UV-B radiation, and greater amounts of total soluble proteins when compared to the red plants. These responses suggest adaptations to high irradiances and oligotrophic environments. Heterosis was observed in one of the two brown tetrasporophyte strains considering, at least, one of the following parameters: maximum photosynthesis and photosynthetic efficiency; growth rates; total soluble proteins content; NR activity; and survival of carpospores. The heterosis related to these aspects could favor the maintenance of the green allele in nature. The two brown tetrasporophytic strains showed different performance considering the survival of spores and growth rates, which indicates that the two genotypes are expressed in different ways depending on the abiotic conditions. The number of spores released was the same for carpospores and tetraspores when expressed by the fresh biomass of the fertile plants. However, survival of tetraspores was always higher. The somatic and reproductive performance of tettrasporphytes were higher than the gametophytes ones for most of the conditions tested, regardless the strain. These results demonstrate that the different life phases of G. domingensis have specific metabolic characteristics, which contributes to a higher phenotypic plasticity of this species. The differences found among the strains were slight. If the green allele promoted very superior advantages when compared to the ones promoted by the red allele, or vice-versa, it would be expected that, within time, one of the two morphs would exclude the other. The coexistence of the morphs, however, indicates that each one of them must occupy a slightly different niche, which provides advantages to the species concerning heterogonous environments, and /or environmental changes, and enable it with a greater adaptative capacity.

O uso da metabolômica ambiental tem sido usada para avaliar a interação dos organismos com o ambiente. Apesar do alto impacto que os metais têm no ambiente, essa abordagem analítica ainda está em seu início, em especial para as macroalgas. Como membro do primeiro nível trófico da cadeia alimentar marinha, fornecendo nutrientes e microelementos para os níveis superiores, as macroalgas são um alvo apropriado tanto para o desenvolvimento de ensaios toxicológicos quanto como bioindicador de degradação do ambiente marinho. Também por causa da sua posição na cadeia alimentar, essas macrófitas são consideradas o principal vetor para a magnificação desses elementos tóxicos. Os efeitos tóxicos dos metais sobre o ambiente aquático são documentados e bem conhecidos, mas relacionam principalmente ao desbalanço do potencial redox intracelular e, assim, o estresse oxidativo em organismos vivos. Com o objetivo de compreender a relação das macroalgas com o metal essencial Cu2+ e o metal não essencial Cd2+, a macroalga vermelha Gracilaria domingensis foi selecionada. Após 48h de exposição aos metais em águas do mar sintética e natural, as amostras foram extraídas e analisadas em cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas. Em seguida, os dados foram pré-processados e pré-tratados para serem utilizados nas análises estatísticas multivariadas (AEM) de PCA e OPLS-DA. A G. domingensis exposta aos metais em água do mar sintética não foram significativamente influenciadas, como indicado pela MVA e pela análise de vias. Apesar disso, alterações significativas foram observadas na exposição aos metais em água do mar natural. Os principais resultados para o Cu2+ foram a interação do metabolismo de glicina, serina e treonina com o metabolismo de glioxilato e dicarboxilato. Foi sugerido que a macroalga poderia estar alterando o modo de adquirir carbono para uma via não fotossintetizante, uma vez que essa via está prejudicada na exposição ao metal. Também, o metabolismo de fenilalanina foi impactado por essa exposição, uma vez que é uma via fundamental para sintetizar compostos fenólicos antioxidantes. Por outro lado, apesar de oito vias terem sido identificadas como significativamente alteradas na exposição ao Cd2+, somente o metabolismo de arginina e prolina parece ter sido significativamente influenciado com o objetivo de produzir prolina, um aminoácido reconhecido por suas propriedades antioxidantes e protetoras em organismos estressados por metais. Em conclusão, os metais essenciais e não essenciais parecem ter mecanismos diferentes na tentativa de promover o combate aos danos gerados pela exposição aos metais. / The environmental metabolomics approach has been used to evaluate the interaction of organisms with their environment. Besides the high impact metals have on the environment, this method of analysis is still in its infancy, in special for macroalgae. As members of the first trophic level in the marine food chain, providing nutrients and microelements to upper levels, macroalgae are appropriate target organisms both for the development of toxicological assays and as a bioindicator of marine degradation. Also, because of their marine food chain position, these macrophytes are considered the main vectors to magnify these toxic elements. The toxic effects of metals on the aquatic environment are documented and well known, but regards mainly to the unbalance of intracellular redox potential and, therefore, oxidative stress in living organisms. In order to understand the relationship of macroalgae with the essential metal Cu2+ and the non-essential metal Cd2+, the red macroalga Gracilaria domingensis was chosen. After 48h of metal exposure in synthetic and natural seawater, the samples were extracted and analysed in gas chromatograph coupled to mass spectrometry. Afterward, the data were preprocessed and pretreated for the multivariative analysis (MVA) with PCA and OPLS-DA statistics. G. domingensis exposed to metals in synthetic seawater were not significantly affected, as indicated by MVA and pathway analysis. Though, significant changes were observed on exposure to metals in natural seawater. The main results for Cu2+ were the interlay of glycine, serine and threonine metabolism with glyoxylate and dicarboxylate metabolism. It was suggested that the macroalga could be shifting the metabolism to acquire carbon from a non-photosynthetic pathway, since it is injured on metal exposure. Also, phenylalanine metabolism was impacted by this metal exposure, since it is a pivotal source of phenolic antioxidant compounds. On the other hand, besides eigth pathways were identified as significantly changed on Cd2+ exposure, only arginine and proline metabolism seemed to be significantly affected, in order to produce proline, known for its antioxidative and protective properties in metal stressed organims. In conclusion, essential and non essential metals seem to have distinct mechanism to mitigate the damaged caused by metal exposure.

O uso da metabolômica ambiental tem sido usada para avaliar a interação dos organismos com o ambiente. Apesar do alto impacto que os metais têm no ambiente, essa abordagem analítica ainda está em seu início, em especial para as macroalgas. Como membro do primeiro nível trófico da cadeia alimentar marinha, fornecendo nutrientes e microelementos para os níveis superiores, as macroalgas são um alvo apropriado tanto para o desenvolvimento de ensaios toxicológicos quanto como bioindicador de degradação do ambiente marinho. Também por causa da sua posição na cadeia alimentar, essas macrófitas são consideradas o principal vetor para a magnificação desses elementos tóxicos. Os efeitos tóxicos dos metais sobre o ambiente aquático são documentados e bem conhecidos, mas relacionam principalmente ao desbalanço do potencial redox intracelular e, assim, o estresse oxidativo em organismos vivos. Com o objetivo de compreender a relação das macroalgas com o metal essencial Cu2+ e o metal não essencial Cd2+, a macroalga vermelha Gracilaria domingensis foi selecionada. Após 48h de exposição aos metais em águas do mar sintética e natural, as amostras foram extraídas e analisadas em cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas. Em seguida, os dados foram pré-processados e pré-tratados para serem utilizados nas análises estatísticas multivariadas (AEM) de PCA e OPLS-DA. A G. domingensis exposta aos metais em água do mar sintética não foram significativamente influenciadas, como indicado pela MVA e pela análise de vias. Apesar disso, alterações significativas foram observadas na exposição aos metais em água do mar natural. Os principais resultados para o Cu2+ foram a interação do metabolismo de glicina, serina e treonina com o metabolismo de glioxilato e dicarboxilato. Foi sugerido que a macroalga poderia estar alterando o modo de adquirir carbono para uma via não fotossintetizante, uma vez que essa via está prejudicada na exposição ao metal. Também, o metabolismo de fenilalanina foi impactado por essa exposição, uma vez que é uma via fundamental para sintetizar compostos fenólicos antioxidantes. Por outro lado, apesar de oito vias terem sido identificadas como significativamente alteradas na exposição ao Cd2+, somente o metabolismo de arginina e prolina parece ter sido significativamente influenciado com o objetivo de produzir prolina, um aminoácido reconhecido por suas propriedades antioxidantes e protetoras em organismos estressados por metais. Em conclusão, os metais essenciais e não essenciais parecem ter mecanismos diferentes na tentativa de promover o combate aos danos gerados pela exposição aos metais. / The environmental metabolomics approach has been used to evaluate the interaction of organisms with their environment. Besides the high impact metals have on the environment, this method of analysis is still in its infancy, in special for macroalgae. As members of the first trophic level in the marine food chain, providing nutrients and microelements to upper levels, macroalgae are appropriate target organisms both for the development of toxicological assays and as a bioindicator of marine degradation. Also, because of their marine food chain position, these macrophytes are considered the main vectors to magnify these toxic elements. The toxic effects of metals on the aquatic environment are documented and well known, but regards mainly to the unbalance of intracellular redox potential and, therefore, oxidative stress in living organisms. In order to understand the relationship of macroalgae with the essential metal Cu2+ and the non-essential metal Cd2+, the red macroalga Gracilaria domingensis was chosen. After 48h of metal exposure in synthetic and natural seawater, the samples were extracted and analysed in gas chromatograph coupled to mass spectrometry. Afterward, the data were preprocessed and pretreated for the multivariative analysis (MVA) with PCA and OPLS-DA statistics. G. domingensis exposed to metals in synthetic seawater were not significantly affected, as indicated by MVA and pathway analysis. Though, significant changes were observed on exposure to metals in natural seawater. The main results for Cu2+ were the interlay of glycine, serine and threonine metabolism with glyoxylate and dicarboxylate metabolism. It was suggested that the macroalga could be shifting the metabolism to acquire carbon from a non-photosynthetic pathway, since it is injured on metal exposure. Also, phenylalanine metabolism was impacted by this metal exposure, since it is a pivotal source of phenolic antioxidant compounds. On the other hand, besides eigth pathways were identified as significantly changed on Cd2+ exposure, only arginine and proline metabolism seemed to be significantly affected, in order to produce proline, known for its antioxidative and protective properties in metal stressed organims. In conclusion, essential and non essential metals seem to have distinct mechanism to mitigate the damaged caused by metal exposure.

O presente trabalho analisou as fases gametofítica e tetrasporofítica de morfos verde, vermelho e marrons de Gracilaria domingensis em laboratório. A capacidade reprodutiva foi testada considerando-se: i, número de cistocarpos diferenciados; ii, número de carpósporos e tetrásporos liberados; iii, diâmetro desses esporos; e iv, sobrevivência de carpósporos e tetrásporos, esse último em diferentes condições de irradiância, nutrientes, e radiação ultravioleta. A capacidade somática foi testada em diferentes fases do desenvolvimento por meio da análise dos seguintes parâmetros: i, taxas de crescimento em diferentes condições nutricionais; ii, taxas de crescimento em diferentes condições de radiação ultra-violeta; iii, atividade da enzima nitrato redutase em diferentes condições nutricionais; iv, taxas de fotossíntese; e v, síntese de aminoácidos semelhantes a micosporinas (MAAs) em diferentes condições de radiação UV-B. Uma das únicas diferenças observadas na capacidade reprodutiva entre as linhagens foi o maior período de liberação de carpósporos derivados dos cruzamentos envolvendo apenas gametófitos vermelhos. Essa característica disponibilizaria uma maior quantidade de propágulos dessa linhagem, trazendo vantagens competitivas em relação às demais no ambiente natural. Plantas verdes mostraram maiores valores de fotossíntese máxima, maior síntese de MAAs quando expostas à radiação UV-B, e maior teor de proteínas solúveis totais quando comparadas às plantas vermelhas. Essas respostas sugerem adaptações a ambientes oligotróficos e com intensa luminosidade. Foi observada heterose nas linhagens de tetrasporófitos marrons (VmVd ou VdVm) com relação a pelo menos um dos seguintes parâmetros: fotossíntese máxima e eficiência fotossintetizante; taxas de crescimento; conteúdo de proteínas solúveis totais; atividade da NR; e sobrevivência de carpósporos. Esse vigor híbrido, pelo menos quanto a alguns aspectos, favoreceria a manutenção do alelo verde na natureza. As linhagens de tetrasporófitos marrons apresentaram desempenho distinto quando comparadas entre si com relação a sobrevivência de esporos e taxas de crescimento, indicando que os dois genótipos se expressam de forma diferente frente a condições abióticas distintas. O número de carpósporos liberados foi semelhante ao de tetrásporos considerando-se a massa fresca das plantas férteis, porém, a sobrevivência desses últimos foi sempre maior. O desempenho somático e reprodutivo de tetrasporófitos foi maior que o de gametófitos na maior parte das condições testadas, independentemente da linhagem. Esses resultados demonstraram que as diferentes fases do histórico de vida de G. domingensis têm características metabólicas distintas, o que confere às plantas uma maior plasticidade fenotípica. As diferenças detectadas entre as linhagens no presente trabalho foram discretas. Caso as vantagens proporcionadas pelo alelo verde fossem muito superiores às apresentadas pelo alelo vermelho, ou vice-versa, seria esperado que, ao longo do tempo, uma das duas formas excluísse a outra. A coexistência dos morfos, porém, indica que cada um deles deve ocupar um nicho ligeiramente distinto do outro, o que confere à espécie vantagens frente a ambientes heterogêneos e/ou mudanças ambientais, possibilitando uma maior capacidade de adaptação. / This work investigated gametophytic and tetrasporophytic phases of green, red and brown morphs of Gracilaria domingensis in laboratory. The reproductive performance was tested considering the following: i, number of cystocarps produced; ii, number of carpospores and tetraspores released; iii, diameter of these spores; and iv, survival of carpospores and tetraspores in different nutrient, irradiance and UV-B conditions. The somatic performance of different life phases was tested considering the following: i, growth rates on different nutritional conditions; ii, growth rates on different UV-B conditions; iii, nitrate reductase (NR) activity on different nutritional conditions; iv, photosynthetic rates; and v, mycosporine-like amino acids (MAAs) synthesis on different UV-B conditions. Carpospores originated by the cross of red males x red females were released by a longer period of time when compared to the other carpospores strains. This was almost the only difference found in the reproductive performance among different strains, and could make a greater number of the red strain propagules available for settling. This result could represent competitive advantages in the natural environment. Green plants showed greater values of maximum photosynthesis, a greater MAAs synthesis when exposed to UV-B radiation, and greater amounts of total soluble proteins when compared to the red plants. These responses suggest adaptations to high irradiances and oligotrophic environments. Heterosis was observed in one of the two brown tetrasporophyte strains considering, at least, one of the following parameters: maximum photosynthesis and photosynthetic efficiency; growth rates; total soluble proteins content; NR activity; and survival of carpospores. The heterosis related to these aspects could favor the maintenance of the green allele in nature. The two brown tetrasporophytic strains showed different performance considering the survival of spores and growth rates, which indicates that the two genotypes are expressed in different ways depending on the abiotic conditions. The number of spores released was the same for carpospores and tetraspores when expressed by the fresh biomass of the fertile plants. However, survival of tetraspores was always higher. The somatic and reproductive performance of tettrasporphytes were higher than the gametophytes ones for most of the conditions tested, regardless the strain. These results demonstrate that the different life phases of G. domingensis have specific metabolic characteristics, which contributes to a higher phenotypic plasticity of this species. The differences found among the strains were slight. If the green allele promoted very superior advantages when compared to the ones promoted by the red allele, or vice-versa, it would be expected that, within time, one of the two morphs would exclude the other. The coexistence of the morphs, however, indicates that each one of them must occupy a slightly different niche, which provides advantages to the species concerning heterogonous environments, and /or environmental changes, and enable it with a greater adaptative capacity.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:01:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DinaelzaCP.pdf: 982597 bytes, checksum: 8505a456042640660a4eeec39570774f (MD5) Previous issue date: 2009-03-23 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / The seaweed Gracilaria domingensis is a common species in the coast of Rio Grande do Norte. This species lives in the intertidal zone, where colour strains (red, green and brown) co-occur during the whole year. Seaweeds that live in this region are exposed to daily changes and to the rhythm of the tide. During the low tide they are exposed to dissection, hiper-or hipo-osmotic shock, high temperatures and high irradiance. The aim of this study was to analyze whether the pigment and protein content of the colour strains of G. domingensis is affected by some environmental parameters in a temporal scale. The seaweeds were collected during 10 months in the seashore of Rio do Fogo (RN). The total soluble proteins and the phycobiliprotein were extracted in phosphate buffer and the carotenoids were analyzed by a standardized method through HPLC-UV. The pigments analysis showed that phycoerithrin is the most abundant pigment in the three strains. This pigment was strongly correlated with nitrogen and the photosynthetically active radiation. Chlorophyll presented higher concentrations than carotenoids during the whole, but the ratio carotenoid/chlorophyll-a was modified by incident radiation. The most abundant carotenoid was ?-carotene and zeaxanthin, which had higher concentrations in the higher radiation months. The concentration increase of zeaxanthin in this period indicated a photoprotective response of the seaweed. The three strains presented a pigment profile that indicates different radiation tolerance profile. Our results pointed that the green strain is better adapted to high irradiance levels than the red and brown strains / A macroalga Gracilaria domingensis ? comumente encontrada no litoral do Rio Grande do Norte. Esta esp?cie habita a zona intertidal, onde linhagens crom?ticas (vermelha, verde e marrom) co-ocorrem durante todo o ano. Algas que vivem nesta regi?o est?o submetidas a mudan?as diurnas e ao ritmo da mar?. Durante a mar? baixa elas ficam expostas a disseca??o, choque hiper ou hipo-osm?tico, altas temperaturas e elevada irradi?ncia. Este trabalho teve como objetivo geral o estudo do perfil prot?ico e pigmentar das variantes crom?ticas de G. domingensis e a altera??o deste perfil em fun??o dos par?metros ambientais em uma escala temporal. As algas foram coletadas mensalmente, durante 10 meses, nas parias de Rio do Fogo-RN. As prote?nas totais sol?veis e as ficobiliprote?nas foram extra?das em tamp?o fosfato e os caroten?ides foram analisados em um m?todo padronizado por HPLC-UV. A an?lise dos pigmentos mostrou que a ficoeritrina ? o pigmento mais abundante nas tr?s linhagens. Este pigmento esteve fortemente correlacionado com o nitrog?nio e a PAR. Os pigmentos caroten?ides apresentaram concentra??es inferiores as da clorofila-a durante todos os meses, mas a raz?o caroten?ides/clorofila-a foi modificada com o aumento da radia??o. O caroten?ide mais abundante foi o ?-caroteno, seguido da zeaxantina, que esteve em maiores concentra??es nos meses de maior radia??o. O aumento na concentra??o da zeaxantina nesse per?odo indicou uma resposta fotoprotetora da alga. As tr?s linhagens apresentaram um perfil pigmentar que remete a diferentes padr?es de toler?ncia a radia??o. A linhagem verde mostrou ser melhor adaptada a elevados n?veis de irradi?ncias do que a vermelha e a marrom

Inicialmente, os cultivos foram desenvolvidos empiricamente e voltados para a produção de alimento humano. Mais tarde, com a descoberta da utilidade dos ficocolóides, os cultivos passaram a ser realizados também para a produção de biomassa para sua extração. Entretanto, sustentabilidade da indústria de macroalgas reside em grande parte nos cultivos, uma vez que os bancos naturais não são suficientes para atender a demanda crescente. Apesar do ágar estar presente nas paredes celulares de espécies de Gracilaria, seu ágar não era explorado comercialmente por apresentar características consideradas inadequadas pela indústria. A descoberta de que a hidrólise alcalina dos grupos sulfato do ágar aumentaria sua força de gel impulsionou a exploração comercial deste gênero. Assim, espécies pertencentes ao gênero Gracilaria são cada vez mais empregadas para a produção de ágar alimentício e a sua tem sido consideravelmente aumentada por meio do desenvolvimento de técnicas de cultivo. Embora a explotação de macroalgas no Brasil tenha se iniciado por volta de 1940, seu impacto social e econômico é reduzido. Estudos sobre a viabilidade de cultivo de macroalgas foram realizados ao longo da costa brasileira, com resultados positivos sobre o potencial de algumas espécies. Apesar disso, o país ainda não possui cultivos de macroalgas em escala comercial. Com base nestes antecedentes, o presente trabalho avaliou o desempenho do cultivo no mar de Gracilaria domingensis e de G. caudata e caracterizou as propriedades do seu ágar (rendimento e qualidade), na Enseada de Armação do Itapocoroy (Penha, Santa Catarina). Os resultados mostraram que o sistema de cultivo testado para ambas espécies é viável na Enseada. O ágar de G. domingensis extraído com CaCl2 apresentou melhores rendimentos e teores de 3,6-anidrogalactose, enquanto a extração com NaOH mostrou ser a mais adequada para G. caudata e ambas espécies mostraram potencial como matéria-prima para extração de ágar alimentício. / Seaweed cultivation in the world began with empirical methodologies to propagate some species utilized as food. Later on, with the discovery of a process to extract and purify agar, it was soon realized that, because of the large volumes needed by a growing industry this activity would only be sustainable if based on mariculture once the natural beds were being depleted. Despite it was known that agar could also be extracted from Gracilaria species, besides the traditional species of Gelidium, that genus yielded a product with lower value. It was only after the discovery that an alkaline treatment could remove part of the sulphate that reduced the gel strength, and therefore improved the agar quality, that the commercial cultivation of Gracilaria species really got momentum and developed continuously. Nowadays, most of the agar produced in the world is based on Gracilaria spp. Although the exploitation of seaweeds for agar production in Brazil started as early as 1940, up to now our production is still very modest due to the limited biomass in the natural beds. Several attempts to cultivate local Gracilaria spp. have been made, some of which with promising results, but a real commercial mariculture never developed in Brazil so far. Based on that we developed this project aiming at the development of viable techniques to cultivate two species of Gracilaria common at the Enseada de Armação do Itapocoroy (Penha, Santa Catarina): Gracilaria domingensis and G. caudata. We also tested different protocols to better extract the agar from the selected species, comparing their yields and quality. Our results show that with some adaptations of the methodologies for cultivation and agar extraction utilized elsewhere it may be possible to make this a viable alternative.

Inicialmente, os cultivos foram desenvolvidos empiricamente e voltados para a produção de alimento humano. Mais tarde, com a descoberta da utilidade dos ficocolóides, os cultivos passaram a ser realizados também para a produção de biomassa para sua extração. Entretanto, sustentabilidade da indústria de macroalgas reside em grande parte nos cultivos, uma vez que os bancos naturais não são suficientes para atender a demanda crescente. Apesar do ágar estar presente nas paredes celulares de espécies de Gracilaria, seu ágar não era explorado comercialmente por apresentar características consideradas inadequadas pela indústria. A descoberta de que a hidrólise alcalina dos grupos sulfato do ágar aumentaria sua força de gel impulsionou a exploração comercial deste gênero. Assim, espécies pertencentes ao gênero Gracilaria são cada vez mais empregadas para a produção de ágar alimentício e a sua tem sido consideravelmente aumentada por meio do desenvolvimento de técnicas de cultivo. Embora a explotação de macroalgas no Brasil tenha se iniciado por volta de 1940, seu impacto social e econômico é reduzido. Estudos sobre a viabilidade de cultivo de macroalgas foram realizados ao longo da costa brasileira, com resultados positivos sobre o potencial de algumas espécies. Apesar disso, o país ainda não possui cultivos de macroalgas em escala comercial. Com base nestes antecedentes, o presente trabalho avaliou o desempenho do cultivo no mar de Gracilaria domingensis e de G. caudata e caracterizou as propriedades do seu ágar (rendimento e qualidade), na Enseada de Armação do Itapocoroy (Penha, Santa Catarina). Os resultados mostraram que o sistema de cultivo testado para ambas espécies é viável na Enseada. O ágar de G. domingensis extraído com CaCl2 apresentou melhores rendimentos e teores de 3,6-anidrogalactose, enquanto a extração com NaOH mostrou ser a mais adequada para G. caudata e ambas espécies mostraram potencial como matéria-prima para extração de ágar alimentício. / Seaweed cultivation in the world began with empirical methodologies to propagate some species utilized as food. Later on, with the discovery of a process to extract and purify agar, it was soon realized that, because of the large volumes needed by a growing industry this activity would only be sustainable if based on mariculture once the natural beds were being depleted. Despite it was known that agar could also be extracted from Gracilaria species, besides the traditional species of Gelidium, that genus yielded a product with lower value. It was only after the discovery that an alkaline treatment could remove part of the sulphate that reduced the gel strength, and therefore improved the agar quality, that the commercial cultivation of Gracilaria species really got momentum and developed continuously. Nowadays, most of the agar produced in the world is based on Gracilaria spp. Although the exploitation of seaweeds for agar production in Brazil started as early as 1940, up to now our production is still very modest due to the limited biomass in the natural beds. Several attempts to cultivate local Gracilaria spp. have been made, some of which with promising results, but a real commercial mariculture never developed in Brazil so far. Based on that we developed this project aiming at the development of viable techniques to cultivate two species of Gracilaria common at the Enseada de Armação do Itapocoroy (Penha, Santa Catarina): Gracilaria domingensis and G. caudata. We also tested different protocols to better extract the agar from the selected species, comparing their yields and quality. Our results show that with some adaptations of the methodologies for cultivation and agar extraction utilized elsewhere it may be possible to make this a viable alternative.