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quarta-feira, 30 de janeiro de 2019

To thrive in extreme environments like thermal springs, unicellular red algae (green) have taken in bacteria genes.
Debashish Bhattacharya

Plants and animals sometimes take genes from bacteria, study of algae suggests

Plantas e animais às vezes pegam genes de bactérias, sugere estudo de algas

Algae found in thermal springs and other extreme environments have heated up a long-standing debate: Do eukaryotes—organisms with a cell nucleus—sometimes get an evolutionary boost in the form of genes transferred from bacteria? The genomes of some red algae, single-celled eukaryotes, suggest the answer is yes. About 1% of their genes have foreign origins, and the borrowed genes may help the algae adapt to their hostile environment.

The new research, posted last week as a preprint on bioRxiv, has not persuaded the most vocal critic of the idea that eukaryotes regularly receive beneficial bacterial DNA. But other scientists have been won over. The group provides a “fairly nice, rock-solid case for horizontal gene transfer” into eukaryotes, says Andrew Roger, a protist genomicist at Dalhousie University in Halifax, Canada.
Many genome studies have shown that prokaryotes—bacteria and archaea—liberally swap genes among species, which influences their evolution. The initial sequencing of the human genome suggested our species, too, has picked up microbial genes. But further work demonstrated that such genes found in vertebrate genomes were often contaminants introduced during sequencing.

In 2015, after analyses of millions of protein sequences across many species, William Martin, a biologist at the University of Dusseldorf (UD) in Germany, and colleagues concluded in Nature that there is no significant ongoing transfer of prokaryotic genes into eukaryotes. Martin believes any such transfers only occurred episodically early in the evolution of eukaryotes, as they internalized the bacteria that eventually became organelles such mitochondria or chloroplasts. If bacterial genes were continually moving into eukaryotes and being put to use, Martin says, a pattern of such gene accumulation should be discernible within the eukaryotic family tree, but there is none.

Debashish Bhattacharya, an evolutionary genomicist at Rutgers University in New Brunswick, New Jersey, and UD plant biochemist Andreas Weber took a closer look at a possible case of bacteria-to-eukaryote gene transfer that Martin has challenged. The initial sequencing of genomes from two species of red algae called Cyanidiophyceae had indicated that up to 6% of their DNA had a prokaryotic origin. These so-called extremophiles, which live in acidic hot springs and even inside rock, can’t afford to maintain superfluous DNA. They appear to contain only genes needed for survival. “When we find a bacterial gene, we know it has an important function or it wouldn’t last” in the genome, Bhattacharya says.

He and Weber turned to a newer technology that deciphers long pieces of DNA. The 13 red algal genomes they studied contain 96 foreign genes, nearly all of them sandwiched between typical algal genes in the DNA sequenced, which makes it unlikely they were accidentally introduced in the lab. “At the very least, this argument that [putative transferred genes are] all contamination should finally be obsolete,” says Gerald Schoenknecht, a plant physiologist at Oklahoma State University in Stillwater.

The transferred genes seem to transport or detoxify heavy metals, or they help the algae extract nourishment from the environment or cope with high temperature and other stressful conditions. “By acquiring genes from extremophile prokaryotes, these red algae have adapted to more and more extreme environments,” Schoenknecht says.

 Martin says the new evidence doesn’t persuade him. “They go to great lengths to find exactly what I say they should find if [horizontal gene transfer to eukaryotes] is real, but they do not find it,” he asserts. Others argue that gene transfer to eukaryotes is so rare, and the pressure to get rid of any but the most important borrowed genes is so strong, that transferred genes might not accumulate over time as Martin expects.

Of course, Roger says, “What’s happening in red algae might not be happening in animals like us.” Humans and all other multicellular eukaryotes, including plants, have specialized reproductive cells, such as sperm or eggs or their stem cells, and only bacterial genes picked up by those cells could be passed on.
Despite this obstacle, several insect researchers say they see evidence of such gene transfer. John McCutcheon, a biologist at Montana State University in Missoula who studies mealy bugs, is one. “I’ve moved beyond asking ‘if [the bacterial genes] are there,’ to how they work,” he says. The red algae, he adds, “is a very clear case.” 
Posted in:
doi:10.1126/science.aaw8411

quarta-feira, 25 de abril de 2018

Biodiversidade Congelada

Aprimoramento de técnicas de identificação e criopreservação de microalgas representam avanços na conservação ex-situ.
Xanthidium é uma alga verde Streptophyta. Foto: Luiz Sartori.

Produtoras nas cadeias alimentares aquáticas, fornecedoras de oxigênio, potencial fonte de energia limpa. Estes são alguns dos papeis desempenhados pelas discretas e indispensáveis microalgas. Para se estudar estes organismos é fundamental uma bem estruturada catalogação e manutenção destes organismos em coleções ex-situ.

As algas são importantes para o equilíbrio ecológico dos ecossistemas aquáticos, pois ocupam a base da cadeia alimentar dos lagos e oceanos. A maioria das algas são organismos unicelulares, as chamadas microalgas. Seu tamanho pode variar de alguns a poucas centenas de micrômetros e podem estar associadas em colônias, por vezes de grandes dimensões. São grandes fornecedoras de gás oxigênio que abastece a vida aeróbia no planeta.

Na atmosfera ou dissolvido na água, esse gás se origina principalmente da atividade fotossintetizante das algas marinhas e de água doce.

Mais recentemente, o biodiesel de algas vem despertando o interesse como uma alternativa energética, pois além de serem renováveis, as algas têm grande produtividade e não competem no campo com a produção de alimentos. O biocombustível de microalgas tem vantagens importantes. Diferentemente de outras matérias-primas de fontes renováveis – como cana-de-açúcar, soja e milho – as algas não demandam tanta água e grandes áreas para a sua produção.

Por todas estas razões, a organização do conhecimento acerca das algas é um passo primordial para os avanços na ficologia. A Coleção de Culturas de Microalgas de Água Doce da Universidade Federal de São Carlos, fundada em meados de 1977, destaca-se por ser uma das maiores do país, em termos de tamanho e diversidade.

Em 2011 seu acervo alcançou cerca de 450 cepas em cultivo ativo (algas vivas), todas unialgais e várias axênicas (sem crescimento de bactérias, fungos ou qualquer outro organismo que não seja alga). Atualmente a coleção ocupa uma área de aproximadamente 32 m2, o que pode ser considerada grande, pois cada espécie é mantida em um tubo de ensaio (em triplicata).

A coleção é a única no país que mantém também tecnologia e expertise para manter espécies congeladas em nitrogênio líquido. “Nos últimos anos a procura pelas microalgas aumentou consideravelmente devido aos estudos para obtenção de compostos de interesse econômico como biodiesel, ácidos graxos poli-insaturados, alimentação de animais com interesse econômico e até mesmo para humanos.

 Além disso, fornecemos inóculos para bioensaios de tintas, algicidas para piscinas e outros”, complementa Dr. Armando Augusto Henriques Vieira, ex-curador e fundador da coleção e coordenador do projeto Temático do Biota/Fapesp dedicado ao estudo das microalgas.
Banco de Culturas de Microalgas fisiologicamente ativas (salas de cultivo). Foto: Armando Augusto Henriques Vieira.


Entretanto, a manutenção de cultivos fisiologicamente ativos tem certas desvantagens. As mais contundentes são os custos e a maior probabilidade de contaminações com fungos e bactérias. Com o aumento do acervo, a demanda de recursos igualmente aumenta. Portanto, a necessidade de apoio institucional por meio de pessoal técnico especializado e insumos torna-se um gargalo. “A repicagem (ressemeadura) das cepas deve ser feito em média a cada trinta dias.

O processo de repicagem representa um passo crítico para contaminações, pois a vidraria de cultivo deve ser aberta e se introduz pipetas para coleta das células. Outra grande desvantagem é a grande possibilidade de perda das cepas nesse tipo de cultivo” explica Dr. Vieira. Neste sentido, as técnicas de congelamento de microalagas (-186º C) representam um avanço para este tipo de acervo na medida em que reduzem os riscos de contaminação e os custos de manutenção. “O congelamento por nitrogênio mantém a viabilidade da cepa que, teoricamente, pode ser por dezenas ou até centenas de anos sem necessidade de repicagens”. Entretanto, no caso das algas, cada espécie ou conjuntos de espécies, necessita de um protocolo próprio, que deve ser cuidadosamente pesquisado, uma vez que espécies muito próximas podem necessitar de protocolos diferentes.

O projeto Biodiversidade de microalgas de água doce: banco de germoplasma e obtenção de marcadores moleculares das espécies criopreservadas é um dos projetos temáticos que integram o Programa Biota/Fapesp. O projeto de pesquisa focou no aprimoramento de técnicas de criopreservação de algas definindo protocolos de congelamento para cada espécie, com prioridade para aquelas que se mostraram aptas para a produção de compostos com interesse econômico.

Além disso, o projeto buscou ampliar e identificar o acervo da coleção de culturas e para isso, coletou em 320 pontos distribuídos nas 22 bacias hidrográficas do Estado de São Paulo. Outro aspecto da pesquisa foi avançar na identificação das espécies de microalga por meio de técnicas de DNA barcoding. “Devido ao fato da maioria das microalgas de água doce não terem reprodução sexuada, terem pouca diversidade morfológica, terem ocorrência de espécies crípticas e muitas delas serem de tamanhos reduzidos, a identificação ao microscópio baseada na morfologia é extremamente difícil, o que levou a identificações discordantes atualmente descritas na literatura”, explica Dr. Armando Vieira. A família Selenastraceae foi uma das escolhidas, dada sua filogenia ainda bastante controversa, para modelo de aplicação das várias técnicas de identificação a serem testadas, como a diversidade específica de ácidos graxos e polissacarídeos extracelulares, análise de imagens digitalizadas e análises da composição orgânica por técnicas de FTIR.
Congelador de taxa variada, do laboratório de congelamento. Foto: Letícia Piton Tessarolli.

O grupo de pesquisadores do projeto também desenvolveu trabalhos de prospecção em cerca de quatrocentas espécies de microalgas propícias à produção de biodiesel. Cerca de 20 espécies apresentaram alta produtividade de óleo, das quais pelo menos duas produzem mais óleo do que a soja, a principal matéria-prima do biodiesel brasileiro. Estas algas promissoras como biocombustível estão sendo trabalhadas em parceria com o LAMES (Laboratório de Métodos de Extração e Separação), grupo de pesquisa da Universidade de Goiás especializado nesta temática.


O Projeto Temático produziu nos últimos seis anos, sete teses de Doutorado, duas de Mestrado, além de cinco Doutorados em andamento. Foram descritas cinco espécies novas, um gênero, uma família nova e provavelmente uma nova ordem. Foram publicados oito artigos até o momento e vários outros estão em produção. “Estamos mantendo amostras de DNA de cada um dos pontos amostrados no Estado de São Paulo para posteriores trabalhos a serem coordenados pela Dra. Inessa Lacativa, atual curadora da coleção de culturas. Foi iniciado um ‘banco’ do gene 16S para subsidiar pesquisas com microalgas e bactérias em trabalhos com metagenômica de reservatórios e lagos. Desenvolvemos protocolos de congelamento/descongelamento de microalgas e de trabalhos com quimiotaxonomia. Além disso, em parceria com outros projetos Biota também analisaremos a comunidade bacteriana, por meio e sequenciamento massivo, nos lagos amostrados para fitoplâncton neste projeto”, complementa Dr. Vieira.

As instituições que colaboraram com a pesquisa foram Universidade de Goiás; Instituto de Botânica-SP, Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação da Universidade de São Paulo (São Carlos); Universidade de Uppsala (Suécia); Universidade de Oslo (Noruega); Universidade de Duisbur-Essen (Alemanha); Memorial University of Newfoundland (Canadá).
Pediastrum é uma
alga verde colonial (formada por várias células) da família Hydrodictyaceae. Foto: Luiz Sartori.

Conservação ex situ

Dentre as várias facetas da conservação da biodiversidade e sua variabilidade genética, existe a conservação ex-situ que pode ser definida como a preservação da diversidade biológica fora do seu hábitat natural. As principais práticas são: bancos de germoplasma (microalgas, partes vegetais, sêmen, oócitos, embriões, etc.); reprodução em cativeiro por meios naturais ou artificiais (inseminação artificial, transferência de embriões, clonagem etc.); manutenção de populações cativas em zoológicos, aquários, jardins botânicos, entre outros.

Estas estratégias de conservação dos recursos genéticos de uma espécie desempenham um importante papel tanto para a pesquisa e educação ambiental, quanto para a reintrodução de espécies em riscos críticos de extinção ou sob risco de desaparecimento frente a eventos estocásticos, catástrofes ambientais ou perda de variabilidade genética.
As principais características da conservação ex-situ são:
  • preservar genes por séculos;
  • permitir que em apenas um local seja reunido material genético de muitas procedências, facilitando o trabalho do melhoramento genético;
  • garantir melhor proteção à diversidade intraespecífica, especialmente de espécies de ampla distribuição geográfica.
Este tipo de conservação, entretanto, implica na suspensão dos processos evolutivos, além de depender de ações permanentes do homem para sua manutenção e proteção, já que concentrar grandes quantidades de material genético em um mesmo local, torna a coleção particularmente vulnerável.
Leia mais no artigo “Estabelecimento de um biobanco criopreservado para a Coleção de Culturas de Microalgas de Água-Doce (CCMA-UFSCar), São Paulo, Brasil“, por Leticia Piton Tessarolli, John Godfrey Day, Armando Augusto Henriques Vieira.


Por Paula Drummond de Castro
About the Author
Paula Drummond de Castro é bióloga, mestre e doutora em Política Científica e Tecnológica. Desenvolve sua linha de pesquisa em gestão e planejamento de ciência, tecnologia e inovação com ênfase em conservação, recuperação e uso sustentável da biodiversidade. Também é editora do Biota Highlights.

Quem vê alga, tem que ver DNA

A semelhança entre as espécies de algas vermelhas é principal dificuldade de sua identificação. Técnicas de DNA Barcode abriram um novo horizonte para a taxonomia deste grupo.

Das algas do mar uma coisa se tem certeza: há muito a se conhecer. A começar pela sua própria identificação. Por constituírem um grupo muito plástico, muitas vezes duas espécies de algas aparentemente iguais representam duas espécies.

O contrário também ocorre, indivíduos morfologicamente distintos que compõem a mesma espécie. Daí, já se pode imaginar a grande miscelânea taxonômica instituída neste importante grupo marinho responsável por quase metade da produção primária que ocorre no planeta.
Hypnea flexicaulis Yamagishi et Masuda (Gigartinales Hypneaceae)

As algas são fundamentais para a estrutura e funcionamento dos ecossistemas marinhos a para os ciclos geoquímicos globais.

Elas desempenham um papel central no funcionamento dos ecossistemas, além de ter grande impacto sobre as tendências climáticas de longo prazo. Seus compostos são utilizados como aditivos alimentares, em aplicações farmacêuticas e microbiológicas. Apesar da relevância global das algas, há lacunas significativas no conhecimento das características genômicas responsáveis por suas funções mais importantes, bem como a evolução dos seus genomas.

No Brasil, o grupo que tem maior relevância em número de espécie são as rodofitas (Filo Rhodophyta). As rodofitas, ou simplesmente “algas vermelhas”, representam um filo com cerca de sete mil espécies principalmente marinhas (apenas 200 espécies são de água doce).

Entretanto, este número sobe a cada ano em decorrência de novas descrições de espécies. Estas algas são importantes fontes de ágar e carragenanos para a indústria farmacêuticas e indústria alimentícia (tais como meio de cultura para microrganismos, cápsulas, supositórios, anticoagulantes, filme fotográfico, sabonete, creme para mãos, gelatina, cremes, geleias, maioneses, entre outros). Há também alguns representantes de rodofitas que são capazes de depositar carbonato de cálcio ou aragonitas suas estruturas o que as tornam muito resistentes e com baixa flexibilidade.

As rodofitas calcárias são ecologicamente importantes, sobretudo por podem formar recifes de corais que abrigam uma grande diversidade de espécies marinhas além de serem fontes para extração de calcário, um tema que ainda é controverso em relação aos impactos ambientais desta atividade.

Outra questão ecológica e econômica ligada às algas vermelhas é a invasão biológica, que causa vários danos à biodiversidade nativa. Um exemplo é a alga nativa do Japão turu-turu (Grateloupia turuturu, Halymeniaceae) reconhecida como invasora em diversos lugares do mundo e já detectada em Santa Catarina. A confirmação do seu potencial invasor local na região é urgente para medidas de erradicação desta espécie o quanto antes.

Um estudo realizado pela Universidade de São Paulo investigou cinco grupos (Corallinophycidae, Halymeniales, Gracilariales, Gelidiales e o gênero Hypnea, da ordem Gigartinales) de macroalgas vermelhas marinhas  de importância econômica ou ecológica e apontou que o número de espécies estava subestimado em razão do elevado número de espécies crípticas, isto é, indivíduos que aparentam ser da mesma espécie, mas não são. 

O grupo de pesquisadores identificou cerca de 100 espécies das quais 6 foram espécies novas e exclusivas do Brasil.

A plasticidade fenotípica, convergência morfológica, necessidade de estruturas reprodutivas para identificação, entre outras são as principais dificuldades de identificação das algas vermelhas. A saída encontrada pelos pesquisadores para desfazer este grande nó foi lançar mão de técnicas de DNA Barcode, ou seja, sequências curtas de DNA, amplificadas e sequenciadas, que podem ser utilizadas na distinção e identificação de espécies. “O uso destas ferramentas tem se mostrado fundamental para o entendimento da diversidade de espécies, sua distribuição geográfica e afinidades filogenéticas”, explica Mariana Cabral de Oliveira, professora da USP.

As técnicas de DNA barcode foram utilizados para analisar centenas de amostras coletadas amplamente na costa do Brasil e, também em alguns casos, amostras do exterior para compreender melhor a diversidade de espécies desses grupos no Brasil e suas afinidades biogeográficas. A identificação de espécies de rodofitas se beneficia muito do uso desta técnica, já que nem sempre se coleta indivíduos em fase fértil, pois quando estruturas reprodutivas estão desenvolvidas a correta identificação é facilitada. “É possível reunir e analisar espécimes em diferentes estágios do ciclo de vida, férteis ou não, muitas vezes crescendo em condições ambientais mais amplas, o que permite uma compreensão da morfologia e sua variação de uma forma muito mais completa”, complementa Oliveira.

Os marcadores moleculares para identificação de algas foram um verdadeiro sucesso. A ferramenta passou a ser tão usual que transformou a perspectiva da morfologia na taxonomia de algas nos últimos trinta anos. Isto porque estes organismos têm um número de caracteres morfológicos muito limitados para descrever toda a diversidade genética do grupo (estruturas morfológicos, tamanho da célula, cor), razão pela qual se encontram muitas espécies crípticas. “Antigamente se identificava no campo. Hoje, primeiro se faz a análise molecular, identifica-se os grupos genéticos e clados e, por fim, analisa-se a morfologia. Digamos que é outro olhar para a morfologia”. Se no início dos anos 1990, o sequenciamento do DNA de uma alga levava 5 dias, atualmente leva-se 30 minutos, dependendo da alga, se tem muito ágar ou se é calcária.

A tendência atual é o estudo de algas migrar para uma genômica de nova geração, a filogenômica, ou seja, reconstruir as histórias evolutivas dos organismos por meio da análise de todo genoma ou grandes partes dele. Esta abordagem foi possível graças aos avanços das análises filogenéticas (que analisam e comparam um gene ou um conjunto pequeno de genes) que aumentou o número de marcadores genéticos juntamente com as novas tecnologias de sequenciadores de alta capacidade.
A proposta de aprofundar em grupos de rodofitas fizeram parte do projeto “Diversidade e filogenia de algas vermelhas (Rhodophyta) de importância econômica e ecológica”, foi coordenado por Mariana Cabral de Oliveira (USP/SP e coordenação Biota) e desenvolvido no âmbito do Programa Biota. O projeto “Marine genomic: genome biology and evolution of key primary producers”, também coordenado por Mariana Oliveira no Brasil, é um auxílio regular Biota aprovado dentro do Programa SPRINT da Fapesp, que abre editais regularmente para colaborações internacionais e financiamento mútuo. Neste projeto a parceria é com a University of Melbourne (Austrália), e o coordenador australiano é Heroen Verbruggen. O projeto teve como objetivo avançar nas pesquisas sobre genômica evolutiva e evolução das algas.
About the Author
Paula Drummond de Castro é bióloga, mestre e doutora em Política Científica e Tecnológica. Desenvolve sua linha de pesquisa em gestão e planejamento de ciência, tecnologia e inovação com ênfase em conservação, recuperação e uso sustentável da biodiversidade. Também é editora do Biota Highlights.

quinta-feira, 6 de dezembro de 2012

Algas em ambientes pobres em nutrientes são mais suscetíveis às mudanças climáticas

05/12/2012
Por Elton Alisson
Agência FAPESP – Estudos recentes indicaram que os organismos marinhos que vivem em ambientes pobres em nutrientes serão mais suscetíveis aos impactos causados pelas mudanças climáticas globais nos oceanos.

Isso porque, como teriam menor disponibilidade de nitrogênio e fósforo, entre outros nutrientes, nos lugares onde vivem, possuiriam mecanismos de resistência mais frágeis do que os que estão em áreas com maior disponibilidade desses “alimentos”. Em função disso, seriam mais vulneráveis ao aumento de até 4 graus Celsius na temperatura da água dos mares e à diminuição em até 0,6 unidade da acidez (pH) projetada para este século.
Uma série de experimentos com algas realizados por pesquisadores de cinco continentes, com a participação de seis brasileiros, corroborou essas observações. O grupo constatou que algas que ocorrem em ambientes pobres em nutrientes são mais suscetíveis às alterações de temperatura, pH e radiação ultravioleta, provocadas pelas mudanças climáticas, do que as que ocorrem em lugares com maior disponibilidade de nutrientes.

Em função disso, com o aumento da temperatura e diminuição da acidez das águas dos mares, podem ocorrer mudanças nas comunidades de algas estruturadoras de habitats, diminuindo a produtividade primária (de organismos que fazem fotossíntese). Consequentemente, a contribuição dos oceanos para mitigar os efeitos das mudanças climáticas será reduzida porque as algas são algumas das principais protagonistas no sequestro de dióxido de carbono.

“Alguns estudos já haviam apontado essas hipóteses, que corroboramos agora por meio de uma série de experimentos realizados em diferentes condições”, disse Fanly Fungyi Chow Ho, pesquisadora do Laboratório de Algas Marinhas “Édison José de Paula”, do Departamento de Botânica do Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo (USP), e uma das participantes do estudo, à Agência FAPESP.
Os experimentos foram realizados durante o 9º Workshop Internacional do Grupo de Produtividade Primária Aquática (GAP), que ocorreu no final de setembro em Málaga, na Espanha. Organizado pela Universidade de Málaga e pelo Instituto Espanhol de Oceanografia, em parceria com a Sociedade Internacional de Limnologia, o conceito do workshop foi diferente dos eventos científicos convencionais.
Em vez de apresentação de conferências, painéis e mesas-redondas, as atividades do encontro científico foram voltadas para a realização de trabalhos experimentais em campo, em tanque e em laboratório, planejados com antecedência de um ano e com o objetivo definido de entender melhor os impactos das mudanças climáticas globais sobre espécies de macro e microalgas.

Para realizar os experimentos, os cerca de 100 pesquisadores e estudantes de graduação e pós-graduação participantes do evento foram distribuídos em quatro grupos de trabalho. Dois grupos realizaram experimentos em tanque e em campo, nas águas costeiras de Málaga, para analisar as respostas químicas e fisiológicas de macro e microalgas a condições de estresse ambiental.

Outros dois grupos – um dos quais integrados por Chow Ho – realizaram experimentos nos quais foram colocadas amostras das algas coletadas em aquários com diferentes concentrações de nutrientes e condições de temperatura, acidez da água e de radiação UV, para simular as condições que podem ocorrer no ambiente com as mudanças climáticas.
Paralelamente, foi mensurada uma série de parâmetros de respostas fisiológicas das algas a essas variações, como crescimento, capacidade de realização de fotossíntese e produção de componentes bioquímicos de interesse biotecnológico, como antioxidantes e pigmentos.

Os resultados preliminares das análises apontaram que as mudanças de acidez, da temperatura e da disponibilidade de nutrientes na água alteraram as capacidades de realizar fotossíntese, de crescimento e de produção de compostos pelas algas. Por outro lado, a diminuição da disponibilidade de nutrientes na água pode ser útil para melhorar as características fisiológicas e bioquímicas de algumas microalgas de interesse biotecnológico.
Experimentos em laboratório realizados pelos pesquisadores durante o evento com microalgas Chlorella revelaram que o crescimento da alga – usada como complemento alimentar devido ao alto poder antioxidante e muito visada como matéria-prima para o desenvolvimento de biocombustíveis e para biorremediação de águas residuais – é pouco afetado por alterações provocadas por mudanças climáticas. Além disso, a alga é capaz de acumular mais lipídeos de interesse alimentar e energético quando submetidas a baixas condições de nutrientes.
“A diminuição da quantidade de nutrientes na água pode ser benéfica para aumentar a produção de biomassa dessas microalgas”, avaliou Chow Ho, que já teve diversos projetos apoiados pela FAPESP e realiza atualmente uma pesquisa em que estuda a fisiologia integrativa de macroalgas frente a condições de estresse.

Resultados inéditos

Alguns dos resultados dos estudos colaborativos realizados pelo grupo de pesquisadores internacionais foram apresentados e discutidos no evento. Outros resultados estão em análise e deverão ser publicados em 2013 em um volume especial da revista Aquatic Biology com cerca de 15 artigos.
“Os resultados inéditos demandarão mais tempo para serem gerados porque necessitarão de uma análise mais profunda em laboratório do que a que conseguiríamos fazer ao longo de dez dias de duração do evento”, explicou Chow Ho.

Ao todo, os pesquisadores coletaram aproximadamente 9 mil amostras de algas e 10 mil dados durante o evento, que deverão ser submetidas a análises químicas, genômicas e transcriptômicas em laboratórios na Irlanda, Estados Unidos, França e Espanha durante o ano de 2013. O grupo de pesquisadores brasileiros participará das análises estatísticas e das tabulações dos resultados.

Além de Chow Ho participaram do evento e da realização dos experimentos os pesquisadores brasileiros Cristina Nassar e Rodrigo Mariath, da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), José Bonomi Barufi, da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Margareth Copertino, da Universidade Federal do Rio Grande (FURG), e Moacir Aluísio Torres, da Universidade Estadual de Santa Catarina (UESC). Barufi e Torres fizeram mestrado com Bolsa da FAPESP.

quarta-feira, 29 de agosto de 2012

Encontradas Primeiras Evidências de Fotossíntese em Insetos

Pulgões podem ter sistema simples para coleta e transformação de energia solar

Kathryn Lougheed e Nature
 
Maine.gov

A biologia dos afídeos, conhecidos também como pulgões, é exótica: eles podem nascer gestantes e às vezes os machos não têm bocas, o que os leva à morte pouco após a cópula. Em adição à lista de excentricidades, um trabalho publicado semana passada indica que eles talvez possam capturar luz solar e usá-la com propósitos metabólicos.

Os afídeos são únicos por terem a capacidade de sintetizar pigmentos chamados carotenoides. Muitos animais dependem desses pigmentos para diversas funções, como manter o sistema imune saudável e produzir certas vitaminas, mas precisam obtê-los por meio da dieta. Agora o entomologista Alain Robichon, do Instituto Sophia de Agrobiotecnologia em Sophia Antipolis, na França, e seus colegas sugerem que, nos afídeos, esses pigmentos podem absorver luz do Sol e transferi-la para o maquinário celular envolvido na produção de energia.

Ainda que sem precedentes em animais, essa capacidade é comum em outros Reinos. Plantas e algas, além de certos fungos e bactérias, também sintetizam carotenoides – e em todos esses organismos os pigmentos formam parte do sistema fotossintético.

Coletores domésticos

Aproveitando a descoberta de 2010 de que os altos níveis de carotenoides encontrados em afídeos são produzidos pelos próprios insetos, Robichon e sua equipe decidiram investigar por que os pulgões produzem químicos que exigem tanto do metabolismo.

Os carotenoides são responsáveis pela coloração dos afídeos, o que determina o tipo de predador que pode vê-lo. A pigmentação corporal dos pulgões criados em laboratório por Robichon é afetada por condições ambientais: insetos verdes no frio e alaranjados em condições padrões. Quando a população é grande e os recursos limitados eles são brancos.

Quando os pesquisadores mediram os níveis de ATP dos afídeos – responsável pela transferência de energia em seres vivos – os resultados foram marcantes. Os insetos verdes, com altos níveis de carotenoides, produzem significativamente mais ATP que os brancos, que são quase destituídos desses pigmentos. Além disso, a produção aumentou quando os pulgões alaranjados – com uma quantidade intermediária de carotenoides – foram colocados à luz, e caiu ao serem transferidos para o escuro.

Em seguida, os pesquisadores extraíram e purificaram os carotenoides dos afídeos alaranjados, demonstrando que esses pigmentos são responsáveis pela absorção de luz e transferência de energia.

Maria Capovilla, uma das autoras do estudo e também entomologista, do Instituto Sophia, ressalta que são necessárias mais pesquisas antes de os cientistas terem certeza de que os afídeos realmente fazem fotossíntese, mas as descobertas levantam essa possibilidade. E a maneira como as moléculas de caroteno se organizam nos insetos dá peso a essa hipótese: os pigmentos formam uma camada que fica entre 0 e 40 micrômetros abaixo da cutícula dos animais, o que os deixa em posição perfeita para capturar a luz do Sol.

Nancy Moran, geneticista de insetos da Yale University em West Haven, em Connecticut, responsável pela descoberta original de que afídeos têm genes para a produção de carotenoides, aponta que há muitas perguntas sem respostas. “A produção de energia parece ser o menor dos problemas de um afídeo – sua dieta tem açúcar em excesso e eles não conseguem usar a maior parte disso”, explica ela.

O argumento leva à pergunta de por que os afídeos precisariam fazer fotossíntese. Segundo Maria, talvez o processo funcione como um sistema de emergência que poderia ajudar em momentos de estresse ambiental, como no período de migração para uma nova planta hospedeira.

Fonte: www.sciam.com.br

quinta-feira, 28 de junho de 2012

As rochas vivas de Abrolhos

Costa do Espírito Santo e da Bahia abriga o maior banco de algas calcárias do mundo
EVANILDO DA SILVEIRA | Edição 196 - Junho de 2012
© RODRIGO LEÃO DE MOURA / UFRJ
Rodolito coletado em Abrolhos

As águas mornas que banham a região de Abrolhos, no sul da Bahia, guardam o maior banco de algas calcárias do mundo. Em uma área de quase 21 mil quilômetros quadrados, semelhante à do estado de Alagoas, o fundo do oceano é rochoso. Está coberto por esferas duras de tamanhos variados – as maiores têm o diâmetro de uma bola de futebol de salão – e cores que vão do castanho ao rosa. Essas esferas são nódulos de calcário depositado por algas vermelhas de milímetros de comprimento que vivem em sua superfície. Também conhecidas como rodolitos, essas estruturas criam um ambiente com reentrâncias e saliências que servem de abrigo para peixes, crustáceos e invertebrados. Mapeado agora por pesquisadores brasileiros, o banco de rodolitos de Abrolhos se estende do norte do Espírito Santo ao sul da Bahia e produz 25 milhões de toneladas de calcário por ano ou 5% da produção global desse mineral, usado na agricultura, na indústria de cosméticos e até na medicina.

Os rodolitos são chamados vulgarmente de rochas vivas por causa das algas que formam seu exterior”, conta Gilberto Menezes Amado Filho, biólogo do Instituto de Pesquisa Jardim Botânico do Rio de Janeiro, um dos autores do mapeamento publicado em abril na PLoS ONE. Junto com o calcário produzido por corais e moluscos com concha, eles contribuem para a formação do fundo do oceano. “Parte da plataforma continental brasileira é resultado de crescimento calcário ocorrido nos últimos 18 mil anos”, explica.
Com a aparência de seixos, que ganham ao rolarem arrastados por correntes marinhas, os rodolitos se formam pela aglomeração de pequenas algas que crescem umas sobre as outras ou incrustadas em fragmentos de concha ou grãos de areia. Eles aumentam de tamanho à medida que seu esqueleto, rico em carbonato de cálcio (CaCO3), mineraliza. Os rodolitos de Abrolhos têm em média 5,9 centímetros de diâmetro – os maiores chegam a 14 centímetros – e crescem pouco mais de um milímetro por ano. Foram encontrados a profundidades que variavam de 20 metros a 110 metros, com cerca de metade da superfície coberta por algas de uma ou mais espécies – em Abrolhos foram identificadas seis. Nesse trecho da costa, os rodolitos ocupam 70% do fundo marinho (o resto é sedimento) e, segundo as datações, os mais antigos têm por volta de 8 mil anos.

Sabia-se dos rodolitos do litoral brasileiro desde os anos 1970, mas não se imaginava que ocupassem tal extensão. Em projetos coordenados pelo Instituto Ocea-nográfico da Universidade de São Paulo (IO-USP), pela Conservação Internacional do Brasil e pela Universidade Federal do Espírito Santo, pesquisadores mapeavam o fundo do mar naquela região entre 2007 e 2011 quando perceberam estar diante de algo importante. “Na medida em que nos demos conta de estar diante de um grande banco de rodolitos, passamos a direcionar esforços para compreender a diversidade associada a eles e o papel funcional desse ecossistema”, conta Amado Filho.

Após o mapeamento por sonar, os pesquisadores usaram dois robôs submarinos para avaliar a distribuição, extensão, composição e estrutura do banco. “Usamos os robôs para analisar as áreas mais profundas e detalhar os pontos relevantes”, conta Paulo Sumida, do IO-USP. Numa terceira etapa foram realizados mergulhos para a coleta de exemplares e a realização de experimentos para estimar a produção de carbonato de cálcio.
Há bancos de rodolitos em todos os oceanos. Os mais extensos estão, além do Brasil, na costa do México e da Austrália. Eles são importantes para a vida de outros organismos por servir de abrigo e proporcionar um ambiente mais rico biologicamente do que um fundo de areia. “Eles funcionam como corredores entre recifes de corais, facilitando a migração de lagostas e peixes”, diz Amado Filho.

Do ponto de vista ambiental, os rodolitos têm ainda outra função importante: ajudam a retirar carbono da atmosfera, influenciando a regulação do clima do planeta. Eles absorvem o gás carbônico (CO2) diluído na água e o transformam em calcário, mas estão ameaçados pelas atividades humanas. A maior ameaça é o aumento da acidez do mar, consequência da elevação dos níveis de CO2 na atmosfera – em boa parte por queima de combustíveis fósseis. “Um terço do carbono emitido por atividades humanas e adicionado à atmosfera é absorvido pelos oceanos”, diz Amado Filho. “Estima-se que até o fim do século, o pH da água do mar diminua 0,4 unidade, tornando-a mais ácida. Estruturas carbonáticas de recifes, atóis e bancos de rodolitos serão dissolvidas.” Essa mudança também deve reduzir a calcificação dos organismos marinhos em 40%.

“Em geral os recifes de corais concentram as atenções, mas agora se sabe que o Brasil tem essas outras fábricas de carbonato de cálcio de vital importância para a biodiversidade marinha”, comenta o biólogo Jason Hall-Spencer, da Universidade de Plymouth, Inglaterra. “Essas algas coralinas estão entre os organismos calcificantes que parecem mais sensíveis à acidificação dos oceanos.”

Outra ameaça aos rodolitos de Abrolhos é a exploração econômica do calcário. Como são fáceis de coletar, há empresas que os usam como fonte do mineral. Além de calcário, eles contêm quantidades variáveis de outros elementos químicos (ferro, manganês, bromo, níquel, cobre, zinco e molibdênio) usados na agricultura, nas indústrias dietética e de cosméticos, na nutrição animal e no tratamento da água.
“Os rodolitos estão em águas rasas, com 20 a 110 metros de profundidade, e têm um formato que facilita a extração em grande escala”, diz Rodrigo Leão de Moura, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, que participou do levantamento. “Além disso, são sensíveis à qualidade da água do mar, que vem sendo afetada pelo mau estado de conservação das bacias hidrográficas”, acrescenta. Embora tenham uma parte viva, os rodolitos não são recursos renováveis. “São necessários milhares de anos para os rodolitos se formarem e criarem um banco expressivo como o recém-descoberto”, explica Moura. Ante essas ameaças, os pesquisadores afirmam que é preciso aumentar a proteção com a criação de áreas protegidas, a recuperação das margens dos rios e o controle de efluentes. “Dos 46 mil quilômetros quadrados do banco de Abrolhos”, alerta Sumida, “só 2% estão protegidos por unidades de conservação”.

Artigo científico

AMADO-FILHO, G.M.; MOURA, L. R. et al. Rhodolith beds are major CaCO3 bio-factories in the tropical south west Atlantic. PLoS ONE. v. 7(4). abr. 2012.

quinta-feira, 22 de dezembro de 2011

Novo método detecta rapidamente toxinas produzidas na água por bactérias

21/12/2011
Por Elton Alisson
Agência FAPESP – Em ambientes aquáticos é possível encontrar algumas espécies de bactérias que realizam fotossíntese e, por apresentarem clorofila e outros pigmentos, são comumente confundidas com microalgas.


Técnica implementada na Unesp, que utiliza espectrometria de massas, possibilita identificar compostos tóxicos diretamente nas células de cianobactérias e em reservatórios de água (divulgação)


Mas diferentemente das minúsculas algas, que possuem diversas aplicações industriais, essas bactérias, denominadas cianobactérias, produzem toxinas (microcistinas e nodularinas) altamente prejudiciais à saúde humana. Para evitar graves riscos à saúde, essas toxinas precisam ser detectadas, identificadas e quantificadas rapidamente, principalmente em reservatórios de água.
De modo a atender à demanda por esses testes no Brasil, pesquisadores do Instituto de Biociências da Universidade Estadual Paulista (Unesp), em Rio Claro (SP), desenvolvem métodos rápidos e sensíveis para detecção de cianotoxinas diretamente de células de cianobactérias e de reservatórios de água por meio de espectrometria de massas.
Alguns resultados do projeto de pesquisa, realizado com apoio da FAPESP por meio do Programa Jovens Pesquisadores em Centros Emergentes, foram apresentados no 4º Congresso BrMASS, realizado pela Sociedade Brasileira de Espectrometria de Massas de 10 a 13 de dezembro em Campinas (SP).
De acordo com Humberto Márcio Santos Milagre, coordenador do projeto, um dos objetivos da pesquisa foi verificar se era possível realizar a identificação de variações das microcistinas a partir de cromatografia em camada delgada (TLC, da sigla em inglês) combinada com o método de ionização Maldi.

A técnica cromatográfica é considerada uma das mais simples e econômicas para separar e identificar visualmente os componentes de uma mistura. Entretanto, a identificação inequívoca dos compostos não é possível pelos métodos tradicionais de revelação e comparação com padrões de referência.
Em função disso, a TLC vem sendo combinada com a espectrometria de massas para realizar a identificação e elucidação estrutural de compostos de misturas complexas.
Utilizando a combinação de TLC com Maldi, os pesquisadores da Unesp conseguiram identificar e caracterizar microcistinas em padrões comerciais da bactéria e em diferentes amostras de água da represa Billings, em São Paulo, após a proliferação de cianobactérias. Com isso, conseguiram comprovar a eficácia da técnica para detecção das toxinas produzidas por elas, as cianotoxinas.
“Nossa perspectiva é utilizar a técnica para realizar análises ambientais”, disse Milagre. Após o estudo utilizando a técnica, o grupo partiu para a identificação das cianotoxinas diretamente das células de cianobactérias.
Utilizando cepas de duas bactérias produtoras da toxina, obtidas junto ao Instituto Pasteur e crescidas em biorreatores no Laboratório de Espectrometria de Massas da Unesp de Rio Claro, os pesquisadores identificaram microcistinas e nodularinas alguns dias depois de as cianobactérias permanecerem no meio de cultura.
“Essas bactérias se proliferam rapidamente em condições favoráveis e com isso produzem uma grande quantidade de metabólitos, além das microcistinas, que são dificilmente degradadas e altamente tóxicas”, disse Milagre.
Milagre lembra de uma das maiores tragédias já causadas por microcistinas no Brasil, ocorrida na cidade de Caruaru, em Pernambuco. Em 1996, 60 pacientes submetidos à hemodiálise em uma clínica na cidade nordestina morreram intoxicados pela hepatotoxina microcistina encontrada na água utilizada no procedimento médico, que foi recolhida por um caminhão-pipa de um reservatório de água contaminado pelas toxinas.

Medalha
Na abertura do 4º Congresso BrMASS, o diretor científico da FAPESP, Carlos Henrique de Brito Cruz, recebeu a medalha BrMASS por sua atuação junto à FAPESP em prol do fomento da ciência e tecnologia e da área de espectrometria de massas no Brasil.