O tetracloroeteno (PCE), um dos principais contaminantes de águas subterrâneas, é uma molécula recalcitrante, com toxicidade elevada. Processos de biorremediação de água ou solo contaminados com PCE são normalmente limitados pela baixa eficiência de microrganismos sabidamente envolvidos em sua degradação. No entanto, a prospecção de novos microrganismos, mais eficientes na degradação do PCE é uma alternativa para otimizar esses processos. Os objetivos deste estudo foram desenvolver uma técnica de biorremediação utilizando um reator horizontal de leito fixo (RHLF) contendo consórcios de microrganismos eficientes na degradação do PCE, e caracterizar a via de degradação do PCE utilizada pelo consórcio selecionado. Para tanto, amostras de sedimento de dois poços de monitoramento de água foram coletadas de uma metalúrgica com histórico de contaminação com PCE. Os sedimentos foram imobilizados, acondicionados em RHLFs específicos e submetidos a cultivo de enriquecimento em meio mínimo suplementado com PCE. A estrutura das comunidades e a diversidade bacteriana dos RHLFs foram avaliadas e comparadas com as amostras do PM1 e PM2, por PCR-DGGE e sequenciamento de bibliotecas de clones do gene rRNA 16S. Os resultados evidenciaram a seleção de populações bacterianas no RHLF contendo o inóculo do PM1 (In1) após o cultivo de enriquecimento, enquanto no RHLF contendo o inóculo do PM2 (In2), a estrutura da comunidade bacteriana não diferiu daquela observada no PM2. Ensaios de degradação do PCE nos RHLFs, usando cromatografia gasosa associada à espectrometria de massas (CG/EM), mostraram, após 12 horas, uma eficiência de 87 % na degradação do PCE no reator com In1 e 96 % no reator com In2. Foi feito o isolamento e identificação, por sequenciamento do gene rRNA 16S, das bactérias dos RHLFs, sendo identificados 4 isolados do In1, similares a Burkholderia sp., Pseudomonas stutzeri, P. oryzihabitans e Stenotrophomonas maltophilia e 7 isolados do In2, similares a Microbacterium trichotecenenolyticum, S. maltophilia, Klebsiella sp., Exiguobacterium acetylicum, P. oryzihabitans, Acinetobacter junii e Comamonas sp. Compostos orgânicos voláteis nos reatores com In1 e In2 foram analisados por CG/EM, identificando a produção de clorofórmio (TCM) e 1,1,1-tricloroetano (TCA) como produtos da degradação do PCE. Consórcios formados por bactérias isoladas dos reatores In1 (IIn1) e In2 (IIn2) foram imobilizados e acondicionados em RHLFs distintos para avaliar o potencial dos mesmos na degradação do PCE. Após 12 horas, 92 % do PCE foi degradado nos reatores com IIn1 e IIn2, com produção de TCM e TCA. Testes de degradação usando células em suspensão foram conduzidos para avaliar a eficiência de cada isolado na degradação do PCE. O isolado I8 do In2 (I8In2), identificado como Comamonas sp., teve 68 % de eficiência na degradação do PCE. Ensaios com inibidor de monoxigenases do citocromo P-450 (1-aminobenzotriazole) mostraram que a degradação do PCE nos RHLFs, contendo IIn1, IIn2 e I8In2, foram dependentes dessa enzima. Como conclusão, nós identificamos uma nova via de degradação do PCE altamente eficiente, aeróbia e mediada por monoxigenases e isolamos cepas bacterianas que podem ser usadas como consórcios imobilizados nos RHLFs como uma alternativa eficiente na remediação de áreas contaminadas com PCE. / Tetrachloroethene (PCE), one of the main contaminants of groundwater, is a recalcitrant molecule with high toxicity. Bioremediation processes of water or soil contaminated with PCE are usually limited by the low efficiency of microorganisms known to be involved in its degradation. However, the exploration of new and more efficient microorganisms in the degradation of PCE is an alternative to optimize these processes. The objectives of these studies were to develop a bioremediation technique using horizontal fixed bed reactor (HFBR) containing microbial consortia effective in the PCE degradation, and to characterize the PCE degradation pathway used by the selected consortium. For that, sediment samples of two groundwater monitoring wells were collected from a metallurgical plant with historical of PCE contamination. The sediments were immobilized, packed in specific HFBRs and subjected to enrichment in minimal medium supplemented with PCE. The bacterial community structure and diversity in the HFBRs were evaluated and compared to samples from the MW1 and MW2, by PCR-DGGE and sequencing of 16S rRNA gene clone libraries. The results revealed the selection of bacterial populations in the HFBR containing inoculum from MW1 (In1) after enrichment, while in the HFBRs containing inoculum from MW2 (In2), the bacterial community structure did not differ from that observed in MW2. Tests of PCE degradation in HFBRs using gas chromatography-mass spectrometry (GC/MS) showed, after 12 hours, an efficiency of 87 % in the PCE degradation in the In1 reactor and 96 % in the In2 reactor. Bacteria from HFBR were isolated and identified by sequencing of 16S rRNA gene, and 4 isolates from In1, similar to Burkholderia sp., Pseudomonas stutzeri, P. oryzihabitans and Stenotrophomonas maltophilia, and 7 isolates from In2, similar to Microbacterium trichotecenenolyticum, S. maltophilia, Klebsiella sp., Exiguobacterium acetylicum, P. oryzihabitans, Acinetobacter junii and Comamonas sp. were identified. Volatile organic compounds in the reactors with In1 and In2 were analyzed by GC/MS, showing the production of chloroform (TCM) and 1,1,1-trichloroethane (TCA) as PCE degradation products. Consortia composed of bacteria isolated from the In1 (IIn1) and In2 (IIn2) reactors were immobilized and packed in distinct HFBRs to evaluate the potential of specific consortia in PCE degradation. After 12 hours, 92 % of PCE was degraded in reactors with IIn1 and IIn2, with the production of TCM and TCA. Degradation tests using cells suspension were conducted to evaluate the efficiency of each isolate in PCE degradation. Isolate I8 from In2 (I8In2), identified as Comamonas sp., showed 68 % efficiency in the PCE degradation. Assays using inhibitor of monooxygenases cytochrome P-450 (1-aminobenzotriazole) showed that the PCE degradation in HFBRs containing IIn1, IIn2 and I8In2 were dependent of this enzyme. In conclusion, we have identified a new highly efficient PCE degradation pathway, aerobic and mediated by monooxygenases, and isolated bacterial strains that may be used as consortia which immobilized in HFBRs as an efficient alternative in the remediation of PCE contaminated areas.

Microcistinas são potentes hepatotoxinas e promotoras de tumores encontradas em águas doces que causam riscos à saúde pública e, portanto, representam um sério problema para as estações de tratamento de água. O gênero de cianobactéria Microcystis é o mais conhecido produtor dessas toxinas e também o mais comumente encontrado formando florações em reservatórios de água usados para abastecimento público. Entretanto, algumas bactérias são capazes de utilizar essas toxinas como fonte de carbono o que pode contribuir para a sua remoção da água. Neste estudo foi avaliado o potencial de degradação da microcistina-XR (MCYST-XR) por bactérias heterotróficas isoladas de um sistema de abastecimento público de água da cidade de Piracicaba-SP. A cianotoxina MCYST-XR avaliada foi isolada da linhagem Microcystis aeruginosa NPLJ-4 e purificada. Culturas puras de 35 bactérias isoladas do sistema de abastecimento de água foram testadas. Para isso, cada bactéria foi inoculada em meio mínimo de sais contendo 60 g mL-1 de MCYST-XR purificada e após 144 horas a degradação da toxina foi avaliada por análise em LC-MS/MS. Os picos indicando a massa da microcistina-XR (m/z 1037) não foram detectados no meio de cultura de seis bactérias, as quais foram identificadas pelo sequenciamento quase completo do gene de RNAr 16S como pertencentes aos gêneros Pseudomonas sp., Sphingomonas sp., Microbacterium sp., Agromyces sp., Bacillus sp. e Acinetobacter sp. Este é o primeiro relato de uma linhagem de Acinetobacter capaz de degradar MCYST. A cinética de biodegradação da MCYST-XR mostrou redução de 80% em 72 horas, período em que as bactérias apresentaram o máximo crescimento. A presença do gene mlrA codificante da enzima microcistinase envolvida no metabolismo da microcistina foi avaliada nos genomas dos seis isolados bacterianos usando iniciadores de PCR específicos. Fragmentos de aproximadamente 800 pb foram amplificados em dois isolados, Bacillus sp.e Microbacterium sp. Ensaios de toxicidade utilizando o cládocero Daphnia similis foram realizados para verificar a efetiva remoção da MCYST-XR e a não formação de subprodutos tóxicos na via de biodegradacão. Os resultados negativos dos bioensaios após 48 horas indicaram a ausência de subprodutos tóxicos na via da degradação. / Microcystins are potent hepatotoxins and tumor promoters found in freshwaters that cause public health risks and thus represent a serious problem for water treatment plants. The cyanobacterium genus Microcystis is the most known toxin-producer and the most common bloom-forming in water reservoirs used for public supply. However, some bacteria are able to use these toxins as carbon source, which can contribute to its removal from water. This study assessed the potential for degradation of microcystin-XR (MCYST-XR) by heterotrophic bacteria isolated from a public water supply system of the city of Piracicaba-SP. The cyanotoxin MCYSTXR evaluated was isolated from Microcystis aeruginosa strain NPLJ-4 and purified. Pure cultures of 35 bacteria isolated from the water supply system were tested. For this, each bacterium was inoculated in minimal medium salts containing 60 g mL-1 of purified MCYST-XR and after 144 hours the toxin degradation was evaluated by LC-MS/MS analysis. The peaks indicating the mass of microcystin-XR (m/z 1037) were not detected in the culture medium of six bacteria, which were identified by almost complete sequencing of the 16S rRNA gene as belonging to the genera Pseudomonas sp., Sphingomonas sp., Microbacterium sp., Agromyces sp., Bacillus sp. and Acinetobacter sp. This is the first report of an Acinetobacter strain able to degrade MCYST. The kinetic of the MCYST-XR biodegration showed 80% reduction in 72 hours, period in which the bacteria showed the maximum growth. The presence of the mlrA gene encoding the microcystinase enzyme involved in the metabolism of microcystin was evaluated in the genomes of the six bacterial isolates using specific PCR primers. Fragments of approximately 800 bp were amplified in two isolates, Bacillus sp. and Microbacterium sp. Toxicity assays using the cladoceran Daphnia similis were conducted to verify the effective removal of MCYST-XR and the non formation of toxic by-products in the biodegradation pathway. The negative results of the bioassays after 48 hours indicated absence of toxic by-products in the biodegradation pathway.

A Mata Atlântica brasileira, atualmente, está reduzida a pequenos fragmentos florestais protegidos em unidades de conservação, que representam apenas 7,6% de sua área original. O Parque Estadual da Serra do Mar (PESM), localizado no estado de São Paulo é a maior área de proteção integral deste bioma do litoral brasileiro. A superfície da folha de árvore (filosfera) oferece uma grande área de habitat para os micro-organismos, mas constitui um ambiente extremo. O desenvolvimento de comunidades microbianas é dependente de fonte de carbono e de nutrientes essenciais inorgânicos comumente liberados pela planta para a sua superfície. No entanto, um grupo especial de bactérias, Cyanobacteria, é menos dependente da planta para sua nutrição, pois estes organismos são autotróficos para carbono e nitrogênio. Portanto, Cyanobacteria é particularmente interessante para se avaliar neste ambiente. Neste estudo, a comunidade de cianobactérias colonizadoras das filosferas de uma área de conservação (PESM) da floresta ombrófila densa foi avaliada usando abordagens moleculares independente de cultivo. O DNA genômico de cianobactérias foi extraído da superfície de folhas das árvores Euterpe edulis e Guapira opposita de dois locais dentro do Parque, ou seja, núcleo de Picinguaba próximo ao nível do mar e núcleo Santa Virgínia a 800 metros de altitude. Além disso, as superfícies de folhas de Garcinia gardneriana encontrada apenas no núcleo de Picinguaba e de Merostachys neesii encontrada somente no núcleo de Santa Virgínia foram avaliadas. As análises da estrutura da comunidade de cianobactérias por PCR-DGGE mostraram que a colonização é dependente das espécies de plantas e independente das localizações das plantas. A análise da composição da comunidade de cianobactérias na superfície das folhas baseada nas bibliotecas de clones de RNAr 16S revelou que dentre um total de 980 clones obtidos, 22% deles pertenciam a 10 gêneros conhecidos. Cerca de 78% dos clones restantes foram filotipos de cianobactérias não cultivadas. As coberturas das bibliotecas de clones de RNAr 16S variaram de 70 a 85%, e as curvas de rarefação (a 5% distância evolutiva) indicaram um bom suporte para esses dados. Após o alinhamento das seqüências, 384 UTOs foram geradas, sendo 257 UTOs de sequências únicas, sugerindo que as filosferas avaliadas têm alta riqueza e diversidade. A comparação da comunidade de cianobactérias entre as filosferas (b-diversidade), utilizando a ferramenta estatística -libshuff, mostrou que estes ambientes abrigam táxons distintos em seu filoplano, em concordância com os dados de PCR-DGGE. A predominância de sequências de RNAr 16S das ordens Nostocales e Synechococcales foi observada dentre as cianobactérias descritas. Entre essas, um número elevado de sequências relacionadas com gêneros capazes de fixar N2 foram encontradas. As espécies G. opposita e E. edulis em Santa Virgínia e E. edulis em Picinguaba apresentaram níveis elevados de índice de diversidade de Simpson (0,01), enquanto M. neesii teve o maior índice de riqueza ACE (405,1 ± 139,24). A quantificação de cianobactérias utilizando PCR em tempo real também mostrou que M. neesii é a espécie de planta com maior número de cópias de RNAr 16S por cm2 de folha. Os resultados deste estudo mostraram que as cianobactérias da filosfera desse ecossistema de floresta tropical são influenciadas pelas espécies de plantas e um número elevado de táxons permanecem por ser descritos. / The Brazilian Atlantic rainforest currently is reduced to small forest fragments protected in conservation units, representing only 7.6% of its original area. The Serra do Mar State Park (SMSP) located in São Paulo state is the largest fully protected area of this biome in the Brazilian coast. The plant leaf surface (phyllosphere) offer a large habitat area for microorganisms but constitute rather an extreme environment. The development of microbial communities is dependent of carbon source and certain essential inorganic nutrients commonly released from the plant to its surface. However, a special group of bacteria, Cyanobacteria, is less dependent of the plant for their nutrition since these organisms are autotrophic for carbon and nitrogen. Therefore, cyanobacteria are particularly interesting to be evaluated in this environment. In this study, the cyanobacteria community colonizing phyllospheres in a protected conservation area of the ombrophilous dense rainforest of SMSP was assessed using cultivation-independent molecular approaches. Cyanobacteria genomic DNA were extracted from surface leaves of the Euterpe edulis and Guapira opposita trees of two locations inside of the Park, i.e., Picinguaba nucleus close to the sea level and Santa Virginia nucleus at 800 meters of altitude. Also, surface leaves of Garcinia gardneriana found only in the Picinguaba nucleus and Merostachys neesii found only in Santa Virginia nucleus were evaluated. The analyses of cyanobacterial community structure by PCR-DGGE showed that colonization is dependent of the plant species and independent of plants locations. The analysis of composition of cyanobacterial community in the surface leaves based on16S rRNA clones libraries revealed that among a total of 980 clones obtained, 22% of them belonged to 10 known genera. About 78% of the remaining clones were uncultured cyanobacteria phylotypes. The 16S rRNA clone libraries coverage ranged from 70 to 85%, and the rarefaction curves (at 5% evolutionary distance) indicated a good support for these data. After sequences alignment, 384 OTUs were generated, with 257 OTUs of them being unique sequences, suggesting that the phyllospheres evaluated have high richness and diversity. Comparison of cyanobacterial community among the phyllospheres (b-diversity) using statistical -libshuff tool, showed that these environments harbor distinct taxa in their phylloplane, in agreement to PCRDGGE data. A predominance of 16S rRNA sequences of the orders Nostocales and Synechococcales was observed within the known cyanobacteria. Among those, a high number of sequences related with genera capable to fix N2 were found. The species G. opposita and E. edulis located in Santa Virginia and E. edulis in Picinguaba showed high levels of Simpson diversity index (0.01), while M. neesii had the highest ACE richness index (405.1 ± 139.24). The cyanobacterial quantification using real time PCR also showed that M. neesii is the plant species with the highest number of copies of 16S rRNA per cm2 of leaf. The results of this study showed that phyllosphere cyanobacteria in this rainforest ecosystem are influenced by plant species and a high number of taxa remaining to be described.

O efeito de alterações climáticas sobre os micro-organismos ainda é incerto, pois pouco se conhece sobre as espécies que habitam regiões extremas como o gelo, solo antártico, e o solo permanentemente congelado (permafrost). O permafrost tem como característica a preservação de material biológico por milhões de anos, servindo como fonte para estudos de evolução e biogeografia de micro-organismos. O objetivo deste trabalho foi estudar a diversidade microbiana em amostras de gelo, solo exposto por recuo de geleira e permafrost polares, e a diversidade funcional do gene alcano monoxigenase (alk). Métodos independentes de cultivo baseados no gene 16S rRNA foram utilizados, como DGGE, clonagem e pirossequenciamento. As geleiras da Ilha Rei George (Península Antártica) e do Pólo Sul Geográfico possuem cerca de 3.104 cél./mL e são compostas por micro-organismos diferentes, com predominância dos Filos Proteobacteria, Actinobacteria, Firmicutes e Cyanobacteria, muitos dos quais já descritos em outros ambientes criogênicos. O solo em frente à geleira Baranowski apresenta uma estrutura de comunidade diferente do gelo. O solo exposto por recuo de geleira apresenta uma sucessão ecológica, com predominância de heterotróficas durante todo o processo. Fixadores de nitrogênio no solo foram compostos por cianobactérias no início, e por Rhodopseudomonas e Rhodobacter no final da sucessão. Estes resultados foram melhor observados com o pirossequenciamento. As mudanças observadas podem estar relacionadas ao aumento de K, Mg+, NH4+, NO3- e/ou CO2 detectados após 15-20 anos de exposição do solo. A comunidade de permafrosts varia com o local e a idade de congelamento (de 5.000 a 8 milhões de anos). O gene alkM foi detectado em permafrosts do Ártico com 3 milhões de anos, e o gene alkB em amostras do Ártico com 15.000 e 120.000 anos, e em solos modernos da Antártica. Alguns clones indicam que podem representar novos genes para alcano monoxigenases. As contribuições deste projeto abrangem os objetivos do Ano Polar Internacional (IPY 2007-2009), sobretudo na avaliação da ecologia microbiana da Antártica. / The effect of climate changes on microorganisms is still unclear, because little is known about the species that inhabit the extreme regions as the glacial ice, antarctic soils and the permanently frozen soil (permafrost). The permafrost is able to preserve the sedimented biological materials by thousands or even millions of years, being an important source for microbiological studies. The objective was to study the microbial diversity in cryogenic samples: glacial ice, soil exposed by glacial retreat and polar permafrosts, as well as to study the functional diversity of alkane monooxygenase genes (alk) in the permafrost. Cultivationindependent methods based on the 16S rRNA gene were used, as DGGE, clone library and 454 Pyrosequencing. Analysis of the King George Island (Antarctic Peninsula) glaciers and the South Pole ice revealed about 3x104 cells/mL each, and different micro-organisms were detected, predominantly members from Proteobacteria, Actinobacteria, Firmicutes and Cyanobacteria, many of which already described in other cryogenic environments. The soil in front of the Baranowski Glacier has a different community structure compared with the ice. Soils exposed by glacier retreat revealed an ecological succession, and heterotrophic bacteria occurred all through the process. Nitrogen-fixing populations were composed by cyanobacteria at the early stages, and shifted to Rhodopseudomonas and Rhodobacter in the older soils. The observed changes may be related to an increase of K, Mg+, NH4 +, NO3- and/or CO2, detected after 15-20 years of soil exposure. The community of permafrosts varies by location and age (5,000 - 8 millions of years). The alkM gene was detected in old Arctic permafrosts (3 millions of years), while alkB genes were found on Arctic samples from 15,000 to 120,000 years, and in Antarctic modern soils. Some of these clones may represent new alk genes. The contributions of this project covers the goals of the International Polar Year (IPY 2007-2009), particularly in assessing the microbial ecology of Antarctica.

As florações de cianobactérias em reservatórios de águas utilizadas para consumo humano são freqüentes hoje em dia e normalmente são atribuídas à crescente eutrofização destas águas. Em anos recentes o aparecimento de linhagens de cianobactérias produtoras de toxinas tem preocupado bastante os responsáveis pelo monitoramento da qualidade das águas, uma vez que estas toxinas representam risco para a saúde pública. A detecção precoce da presença de linhagens tóxicas nesses reservatórios é essencial para que ações corretivas de controle das florações tenham sucesso. No presente trabalho, a diversidade de cianobactérias presentes em alguns locais das represas Billings e Guarapiranga foi avaliada utilizando a técnica de DGGE (eletroforese em gel de poliacrilamida com gradiente desnaturante) e/ou construções de mini-bibliotecas de amplicons do gene de rRNA 16S e da região do espaço intergênico da ficocianina (PC-IGS). A DGGE, utilizando os iniciadores CYA359F/CYA781R específicos para o gene de rRNA 16S de cianobactérias, mostraram que estes organismos estavam presentes nas onze amostras de água analisadas. Microcystis aeruginosa (94-97% de identidades), Geitlerinema (89% de identidade) e Synechococcus (89% de identidade) puderam ser identificadas. A mini-biblioteca construída com os amplicons de rRNA 16S obtidos usando os iniciadores 27F1/1494Rc produziu seqüências de outro grupo de bactéria (Actinobacteria), indicando a inespecificidade desses iniciadores. Entretanto, na mini-biblioteca construída com os amplicons de PC-IGS obtidos usando os iniciadores PCβF/PCαR, somente seqüências de cianobactérias foram geradas. Nessa mini-biblioteca foram identificadas várias linhagens de Microcystis aeruginosa (98-100% de identidades) e também de Anabaena (89% de identidade). Esses dois gêneros de cianobactérias conhecidos por produzirem microcistinas, foram detectados na amostra de água que continha alta concentração desta toxina (23,49 μg/L). Os oligonucleotídeos iniciadores OMETF/OMETR foram desenhados para amplificar uma região pequena e variável do domínio da N-metiltransferase do gene mcyA e foram testados em treze espécies de cianobactérias isoladas das represas Billings e Guarapiranga. Seqüências geradas por esses iniciadores foram isoladas, clonadas e sequenciadas com sucesso em duas espécies controle (M. aeruginosa NPJB1 e M. panniformis SPC702) e em dois isolados das represas (M. aeruginosa SPC777 e M. protocystis SPC697). A amplificação dessa região do mcyA a partir dos DNAs dos isolados de cianobactérias permitiu identificar linhagens do gênero Microcystis potencialmente produtoras da toxina microcistina. Essa técnica uma vez bem estabelecida para organismos isolados, poderá proporcionar base suficiente para uma melhor detecção de comunidades aquáticas de cianobactérias potencialmente produtoras de microcistinas em ambientes naturais. / Cyanobacterial blooms in water reservoirs used for human consumption are frequent nowadays and are usually attributed to the increasing water eutrophization. In recent years, the appearance of toxin-producing cyanobacterial strains has concerned managers of water quality since these toxins represent a public health risk. Early detection of the presence of toxic strains in these reservoirs is essential for the success of bloom control corrective actions. In the present work, cyanobacterial diversity was evaluated in several sites of Billings and Guarapiranga reservoirs using DGGE (denaturing gradient gel eletrophoresis) and/or mini-library constructions of both 16S rRNA gene and phycocyanin intergenic spacer (PC-IGS) region amplicons. The DGGE, using CYA359F/CYA781R primers, specific for cyanobacterial 16S rRNA gene, showed the presence of these organisms in the eleven water samples analyzed. Microcystis aeruginosa (identities of 94-97%), Geitlerinema (identity of 89%) and Synechococcus (identity of 89%) were identified. The mini-library constructed with 16S rRNA amplicons obtained using 27F1/1494Rc primers produced sequences of another group of bacteria (Actinobacteria), indicating the unespecificity of these primers. However, the mini-library constructed with PC-IGS amplicons obtained using PCβF/PCαR primers, generated cyanobacterial sequences only. In this mini-library several Microcystis aeruginosa strains (identities of 98-100%) and Anabaena (identity of 89%) were identified. These two cyanobacterial genera known to produce microcystins were detected in a water sample containing a high concentration of this toxin (23.49 g/L). The OMETF/OMETR primers were designed to amplify a small and variable region of the N-methyltransferase domain of mcyA gene and were tested in thirteen cyanobacterial strains isolated from Billings and Guarapiranga reservoirs. Sequences generated with these primers were successfully isolated, cloned and sequenced in two control species (M. aeruginosa NPJB1 and M. panniformis SPC702) and in two isolates from these reservoirs (M. aeruginosa SPC777 and M. protocystis SPC697). The amplification of this region of mcyA using cultured cyanobacteria DNAs allowed the identification of Microcystis strains with the potential to produce microcystin toxin. This technique, after it is well established for cultured organisms, will provide a basis for better detection of potential microcystin-producing cyanobacterial aquatic communities in natural environments.

Neste trabalho foram caracterizadas molecularmente e inferidas as relações filogenéticas de 14 isolados brasileiros de Acanthamoeba, provenientes de casos de ceratite, e 8 isolados da ATCC (4 de ceratite e 4 ambientais). Foram utilizados inicialmente os métodos de RAPD, RFLP de DNA genômico total e RFLP do SSU rDNA. Apesar de revelar a alta variabilidade genética em Acanthamoeba, estes métodos permitiram estabelecer grupos bem definidos de isolados mais similares geneticamente. O seqüenciamento do SSU rDNA permitiu a inferência da filogenia entre os isolados utilizados nesse estudo em relação àqueles presentes na literatura, que estão distribuídos em doze tipos de seqüência deste gene. Dentre os 17 isolados de ceratite presentes em nosso estudo, 16 apresentaram SSU rDNA tipo T4 (anteriormente já fortemente correlacionado à ceratite) e um deles constitui um novo tipo de seqüência. Dois dos 4 isolados ATCC (ambientais) cujas seqüências ainda não haviam sido determinadas também apresentaram novos tipos de SSU rDNA, enquanto outros 2 apresentaram o tipo T4. / In this work we performed the molecular phylogeny and characterization of 22 Acanthamoeba isolates, 14 Brazilian keratitis isolates and 8 from ATCC, 4 keratitis and 4 environmental isolates. In spite of the extensive genetic variability disclosed by RAPD, total genomic DNA RFLP and SSU rDNA RFLP techniques, these methods enabled us to group some isolates in well defined clusters of genetically more related organisms. Sequencing of SSU rDNA allowed inference of the phylogeny of our isolates with those present in the literature, which are distributed through 12 sequence types of this gene. Among the 17 keratitis isolates of our study, 16 presented SSU rDNA of type T4 (previously found to be strongly correlated to keratitis), and one was assigned to a new sequence type. Of the 4 isolates from ATCC whose sequences were previously undetermined, the two environmental isolates also constituted new sequence types, while the two keratitis isolates were assigned to type T4.

As florações de cianobactérias em reservatórios de águas utilizadas para consumo humano são freqüentes hoje em dia e normalmente são atribuídas à crescente eutrofização destas águas. Em anos recentes o aparecimento de linhagens de cianobactérias produtoras de toxinas tem preocupado bastante os responsáveis pelo monitoramento da qualidade das águas, uma vez que estas toxinas representam risco para a saúde pública. A detecção precoce da presença de linhagens tóxicas nesses reservatórios é essencial para que ações corretivas de controle das florações tenham sucesso. No presente trabalho, a diversidade de cianobactérias presentes em alguns locais das represas Billings e Guarapiranga foi avaliada utilizando a técnica de DGGE (eletroforese em gel de poliacrilamida com gradiente desnaturante) e/ou construções de mini-bibliotecas de amplicons do gene de rRNA 16S e da região do espaço intergênico da ficocianina (PC-IGS). A DGGE, utilizando os iniciadores CYA359F/CYA781R específicos para o gene de rRNA 16S de cianobactérias, mostraram que estes organismos estavam presentes nas onze amostras de água analisadas. Microcystis aeruginosa (94-97% de identidades), Geitlerinema (89% de identidade) e Synechococcus (89% de identidade) puderam ser identificadas. A mini-biblioteca construída com os amplicons de rRNA 16S obtidos usando os iniciadores 27F1/1494Rc produziu seqüências de outro grupo de bactéria (Actinobacteria), indicando a inespecificidade desses iniciadores. Entretanto, na mini-biblioteca construída com os amplicons de PC-IGS obtidos usando os iniciadores PCβF/PCαR, somente seqüências de cianobactérias foram geradas. Nessa mini-biblioteca foram identificadas várias linhagens de Microcystis aeruginosa (98-100% de identidades) e também de Anabaena (89% de identidade). Esses dois gêneros de cianobactérias conhecidos por produzirem microcistinas, foram detectados na amostra de água que continha alta concentração desta toxina (23,49 μg/L). Os oligonucleotídeos iniciadores OMETF/OMETR foram desenhados para amplificar uma região pequena e variável do domínio da N-metiltransferase do gene mcyA e foram testados em treze espécies de cianobactérias isoladas das represas Billings e Guarapiranga. Seqüências geradas por esses iniciadores foram isoladas, clonadas e sequenciadas com sucesso em duas espécies controle (M. aeruginosa NPJB1 e M. panniformis SPC702) e em dois isolados das represas (M. aeruginosa SPC777 e M. protocystis SPC697). A amplificação dessa região do mcyA a partir dos DNAs dos isolados de cianobactérias permitiu identificar linhagens do gênero Microcystis potencialmente produtoras da toxina microcistina. Essa técnica uma vez bem estabelecida para organismos isolados, poderá proporcionar base suficiente para uma melhor detecção de comunidades aquáticas de cianobactérias potencialmente produtoras de microcistinas em ambientes naturais. / Cyanobacterial blooms in water reservoirs used for human consumption are frequent nowadays and are usually attributed to the increasing water eutrophization. In recent years, the appearance of toxin-producing cyanobacterial strains has concerned managers of water quality since these toxins represent a public health risk. Early detection of the presence of toxic strains in these reservoirs is essential for the success of bloom control corrective actions. In the present work, cyanobacterial diversity was evaluated in several sites of Billings and Guarapiranga reservoirs using DGGE (denaturing gradient gel eletrophoresis) and/or mini-library constructions of both 16S rRNA gene and phycocyanin intergenic spacer (PC-IGS) region amplicons. The DGGE, using CYA359F/CYA781R primers, specific for cyanobacterial 16S rRNA gene, showed the presence of these organisms in the eleven water samples analyzed. Microcystis aeruginosa (identities of 94-97%), Geitlerinema (identity of 89%) and Synechococcus (identity of 89%) were identified. The mini-library constructed with 16S rRNA amplicons obtained using 27F1/1494Rc primers produced sequences of another group of bacteria (Actinobacteria), indicating the unespecificity of these primers. However, the mini-library constructed with PC-IGS amplicons obtained using PCβF/PCαR primers, generated cyanobacterial sequences only. In this mini-library several Microcystis aeruginosa strains (identities of 98-100%) and Anabaena (identity of 89%) were identified. These two cyanobacterial genera known to produce microcystins were detected in a water sample containing a high concentration of this toxin (23.49 g/L). The OMETF/OMETR primers were designed to amplify a small and variable region of the N-methyltransferase domain of mcyA gene and were tested in thirteen cyanobacterial strains isolated from Billings and Guarapiranga reservoirs. Sequences generated with these primers were successfully isolated, cloned and sequenced in two control species (M. aeruginosa NPJB1 and M. panniformis SPC702) and in two isolates from these reservoirs (M. aeruginosa SPC777 and M. protocystis SPC697). The amplification of this region of mcyA using cultured cyanobacteria DNAs allowed the identification of Microcystis strains with the potential to produce microcystin toxin. This technique, after it is well established for cultured organisms, will provide a basis for better detection of potential microcystin-producing cyanobacterial aquatic communities in natural environments.

Orientador: Reginaldo Bruno Gonçalves / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de Piracicaba / Made available in DSpace on 2018-08-09T16:48:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Saito_Daniel_D.pdf: 1439291 bytes, checksum: 4ad66d2ec75a519cd0e5929b8cd42110 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A presente tese teve como objetivo a caracterização das comunidades bacterianas associadas às infecções endodônticas pelo emprego de técnicas moleculares independentes de cultivo. Ao todo, foram analisadas amostras intra-radiculares provenientes de 34 elementos dentários associados a infecções endodônticas. A análise de bibliotecas clonais de DNA ribossomal 16S (16S rDNA) permitiu a identificação de 2 a 14 filotipos bacterianos (espécies) por elemento dentário (média= 9,6), perfazendo um total de 46 filotipos distintos. Dentre estes, 9% foram considerados previamente desconhecidos e classificados taxonomicamente como novos membros da ordem Clostridiales. Espécies reconhecidamente endodônticas dos gêneros Bacteroides, Campylobacter, Eubacterium, Peptostreptococcus, Selenomonas, Treponema e Veillonella foram detectadas, assim como representantes de gêneros menos freqüentemente descritos, como Burkholderia, Filifactor e Megasphaera. O emprego da técnica quantitativa de PCR em Tempo Real, possibilitou a detecção de P. gingivalis, T. forsythia e a coexistência de ambas em 24%, 56% e 18% dos pacientes avaliados, respectivamente. Nenhuma correlação significativa foi evidenciada entre os níveis de ambas as espécies, individualmente ou em conjunto, e a presença de sintomatologia dolorosa. O uso de T-RFLP na avaliação da estrutura das comunidades bacterianas revelou um total de 123 (endonuclease HhaI) e 122 (endonuclease MspI) fragmentos de restrição terminais (T-RFs) distintos, com médias de 20,8 e 20,0 T-RFs por elemento dentário, respectivamente. Aproximadamente 50% dos fragmentos detectados apresentaram-se, no máximo, em 2 pacientes, indicando uma alta variabilidade na composição microbiana. As análises de clusterização e de estatística multivariada não revelaram diferenças significativas nas comunidades bacterianas entre os grupos de estudo assintomático, sensível ao toque e sintomático. De modo geral, os resultados obtidos reiteraram o conceito de que a microbiota associada às infecções endodônticas é essencialmente polimicrobiana, altamente variável entre indivíduos, e constituída predominantemente por bactérias anaeróbias Gram-positivas do filo Firmicutes. As espécies P. gingivalis e T. forsythia, embora relativamente prevalentes nas infecções endodônticas, não apresentaram correlação significativa com o desenvolvimento de sintomatologia dolorosa. Por fim, a ausência de agrupamentos de perfis bacterianos quanto aos parâmetros sintomatológicos sugere que a estrutura das comunidades bacterianas intra-radiculares não possui influência significativa no desenvolvimento da dor de origem endodôntica / Abstract: The objective of the present study was to characterize the bacterial communities associated with endodontic infections by use of culture-independent molecular techniques. Overall, 34 intraradicular samples from teeth harboring endodontic infections were evaluated. 16S ribosomal DNA (16S rDNA) clone library analysis allowed the identification of 2 to 14 bacterial phylotypes (species) per tooth (mean= 9.6), with a total of 46 distinct phylotypes. Among the latter, 4 (9%) were considered previously unreported and further taxonomically classified as members of the order Clostridiales. Well-known endodontic representatives of Campylobacter, Eubacterium, Peptostreptococcus, Selenomonas, Treponema e Veillonella were detected, as well as members of less frequently reported genera, such as Burkholderia, Filifactor and Megasphaera. The application of the Real Time PCR technique permitted the detection of P. gingivalis, T. forsythia and a coexistence of both in 24%, 56% e 18% of the subjects, respectively. No significant correlations were evidenced among the levels of P. gingivalis and T. forsythia, individually or conjointly, and spontaneous endodontic pain. The use of T-RFLP in the analysis of bacterial community structures revealed a total of 123 (HhaI endonuclease) and 122 (MspI endonuclease) distinct terminal restriction fragments (T-RFs), with 20.8 and 20.0 mean T-RFs per tooth, respectively. Approximately 50% of the detected fragments were exclusive to one or two patients, indicating a high inter-subject variability in the bacterial assemblages. Cluster and multivariate statistical analyses did not demonstrate significant differences in the bacterial community profiles among the asymptomatic, tender to percussion and symptomatic study groups. Taken together, the results of this study reiterate the concept that the microbiota associated with endodontic infections is essentially polymicrobial, highly variable among individuals, and predominantly composed of Gram-positive anaerobic bacteria from the phylum Firmicutes. The species P. gingivalis and T. forsythia, although relatively prevalent in root canal infections, did not present significant correlations with the development of symptomatic features. Lastly, the absence of clusters of bacterial profiles according to symptomatic parameters suggests that the intraradicular bacterial community structures, as a whole, do not bear significant influence on the development of pain of endodontic origin / Doutorado / Microbiologia e Imunologia / Doutor em Biologia Buco-Dental

O efeito de alterações climáticas sobre os micro-organismos ainda é incerto, pois pouco se conhece sobre as espécies que habitam regiões extremas como o gelo, solo antártico, e o solo permanentemente congelado (permafrost). O permafrost tem como característica a preservação de material biológico por milhões de anos, servindo como fonte para estudos de evolução e biogeografia de micro-organismos. O objetivo deste trabalho foi estudar a diversidade microbiana em amostras de gelo, solo exposto por recuo de geleira e permafrost polares, e a diversidade funcional do gene alcano monoxigenase (alk). Métodos independentes de cultivo baseados no gene 16S rRNA foram utilizados, como DGGE, clonagem e pirossequenciamento. As geleiras da Ilha Rei George (Península Antártica) e do Pólo Sul Geográfico possuem cerca de 3.104 cél./mL e são compostas por micro-organismos diferentes, com predominância dos Filos Proteobacteria, Actinobacteria, Firmicutes e Cyanobacteria, muitos dos quais já descritos em outros ambientes criogênicos. O solo em frente à geleira Baranowski apresenta uma estrutura de comunidade diferente do gelo. O solo exposto por recuo de geleira apresenta uma sucessão ecológica, com predominância de heterotróficas durante todo o processo. Fixadores de nitrogênio no solo foram compostos por cianobactérias no início, e por Rhodopseudomonas e Rhodobacter no final da sucessão. Estes resultados foram melhor observados com o pirossequenciamento. As mudanças observadas podem estar relacionadas ao aumento de K, Mg+, NH4+, NO3- e/ou CO2 detectados após 15-20 anos de exposição do solo. A comunidade de permafrosts varia com o local e a idade de congelamento (de 5.000 a 8 milhões de anos). O gene alkM foi detectado em permafrosts do Ártico com 3 milhões de anos, e o gene alkB em amostras do Ártico com 15.000 e 120.000 anos, e em solos modernos da Antártica. Alguns clones indicam que podem representar novos genes para alcano monoxigenases. As contribuições deste projeto abrangem os objetivos do Ano Polar Internacional (IPY 2007-2009), sobretudo na avaliação da ecologia microbiana da Antártica. / The effect of climate changes on microorganisms is still unclear, because little is known about the species that inhabit the extreme regions as the glacial ice, antarctic soils and the permanently frozen soil (permafrost). The permafrost is able to preserve the sedimented biological materials by thousands or even millions of years, being an important source for microbiological studies. The objective was to study the microbial diversity in cryogenic samples: glacial ice, soil exposed by glacial retreat and polar permafrosts, as well as to study the functional diversity of alkane monooxygenase genes (alk) in the permafrost. Cultivationindependent methods based on the 16S rRNA gene were used, as DGGE, clone library and 454 Pyrosequencing. Analysis of the King George Island (Antarctic Peninsula) glaciers and the South Pole ice revealed about 3x104 cells/mL each, and different micro-organisms were detected, predominantly members from Proteobacteria, Actinobacteria, Firmicutes and Cyanobacteria, many of which already described in other cryogenic environments. The soil in front of the Baranowski Glacier has a different community structure compared with the ice. Soils exposed by glacier retreat revealed an ecological succession, and heterotrophic bacteria occurred all through the process. Nitrogen-fixing populations were composed by cyanobacteria at the early stages, and shifted to Rhodopseudomonas and Rhodobacter in the older soils. The observed changes may be related to an increase of K, Mg+, NH4 +, NO3- and/or CO2, detected after 15-20 years of soil exposure. The community of permafrosts varies by location and age (5,000 - 8 millions of years). The alkM gene was detected in old Arctic permafrosts (3 millions of years), while alkB genes were found on Arctic samples from 15,000 to 120,000 years, and in Antarctic modern soils. Some of these clones may represent new alk genes. The contributions of this project covers the goals of the International Polar Year (IPY 2007-2009), particularly in assessing the microbial ecology of Antarctica.

a. Do ponto de vista metodológico dois problemas foram enfrentados neste trabalho: i) extração dos RNA\'s e ii) fracionamento das células das glândulas salivares de R. angelae. i) O processo prático elaborado para resolver o primeiro problema se constituiu numa variação da técnica clássica de extração com fenol. Jogando com a presença de detergente e variações de pH e de temperatura, foi possível se chegar a um método que garante a extração e um fracionamento parcial de, praticamente, todo RNA celular. Com extrações a baixa temperatura obtém-se preferencialmente rRNA e tRNA. O RNA refratário a extração com fenol a frio tem propriedades do RNA nuclear, mas o citoplasma, também parece conter classes de RNA somente extraíveis a quente. A dificuldade de extração do RNA nuclear com fenol frio, foi especulativamente interpretada como uma propriedade das RNP\'s que encerram esta classe de RNA. A grande vantagem deste método de extração está no fato de ter permitido isolar, com as extrações a alta temperatura, frações de RNA enriquecidas em produtos de transcrição específicos de determinados períodos do desenvolvimento larval. ii) O fracionamento celular das glândulas salivares não é alcançado pela aplicação das técnicas tradicionais de fracionamento de tecido. Em vista disso foi necessário procurar uma alternativa experimental para êste caso. Combinando um enzima proteolítico com a ação de detergentes não iônicos foi conseguido um método útil para o fracionamento das células das glândulas salivares. Êste método foi aplicado nesta tese para um estudo inicial das RNP\'s e da transferência do rRNA do núcleo para o citoplasma nas células das glândulas salivares. b. Foi possível verificar com êste trabalho que o rRNA é sintetizado inicialmente na forma de um precursor primário de 37s, o qual é processado no interior do núcleo para dar as espécies maduras de rRNA segundo o esquema: (Ver no arquivo) No 3º período do 4º estádio do desenvolvimento larval de R. angelae, a síntese de rRNA é intensa. Neste mesmo período observa-se claramente um nucleolo típico na base do cromossomo X. No período seguinte ocorre uma redução na síntese das formas maduras de rRNA. Esta queda de síntese é desencadeada por um bloqueio ao nível do processamento dos precursores nucleares de rRNA citoplasmático. Estudos citológicos tem revelado que neste período o nucleolo sofre uma aparente desagregação. c. Os resultados de incorporação de uridina-H3 mostraram que o 3º e 4º períodos tem uma velocidade de síntese de RNA muito à do 2º período. No 4º período quando a síntese de rRNA é inibida aumenta de importância a síntese de outras classes de RNA. Aparentemente é muito intensificada a síntese de RNA nuclear. Êstes resultados são interpretados como consequência da ativação de novos genes nesta época do desenvolvimento larval. Êstes fatos não são inesperados pois este estágio se caracteriza pelo desenvolvimento de \"puffs\" gigantes, os quais são específicos do tecido e do período de desenvolvimento. O 5º período parece representar uma fase de transição entre uma época de ativa síntese de RNA e outra onde a atividade transcritiva sofre uma redução drástica, provavelmente devido à histólise do tecido que vai ocorrer logo em seguida. d. Os dados apresentados nesta tese são considerados sob todos os aspectos significativos. Com isto faz-se uma tentativa de discussão crítica, no sentido de avaliar a importância do sistema glândulas salivares de R. angelae, como modelo de estudo para a genética molecular dos organismos superiores. / Not available