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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.11.2021.tde-11052022-161255
Document
Author
Full name
Ana Luisa Soares de Vasconcelos
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2021
Supervisor
Committee
Andreote, Fernando Dini (President)
Bernardino, Angelo Fraga
Cotta, Simone Raposo
Ferreira, Tiago Osorio
Title in English
Soil microbiological aspects upon the Fundão disaster
Keywords in English
Mucilaginibacter sp.
Biological activity
Coalescence
Mariana disaster
Rio Doce
Wetlands
Abstract in English
The microbiota is responsive to the changes even in resilient environments with high diversity, such as soil. It is possible to notice changes in structure, function, and activity due to stress events. In the case of environmental contamination, such as dam failure, the effects of this stress are even more evident and can occur at different scales. Selection pressure leads to a change in diversity and ecological relationships between species. This effect, over time, leads to functional changes in the environment. Contamination can alter selection rules at the cellular level, highlighting phenotypes derived from horizontal gene transfers and mutations. In this study, we seek to understand how contamination can change the soil microbiota concerning the structuring of communities and the occurrence of bacterial groups resistant to the conditions imposed by environmental contamination. In this sense, this study had specific objectives: (i) to determine the differentiation in the structuring and biological activity of the soil, seeking to describe differences along with soil profiles at points of occurrence of contamination. Field collections through different methods (i.e., enzymology, TRFLP); (ii) assess the competition and settlement that occurs in the soil with the occurrence of contamination by mimicking the process under controlled conditions; (iii) evaluate the event of bacteria resistant to the contamination conditions and describe genomic alterations in this organism. No patterns were found between the analyzed points since the contamination occurred uniformly on a distinct base previously present in the analyzed areas. Factors such as the height of the tailings layer, the vegetation, and properties of the initial soil, generated unique profiles of microbial responses at each of the points evaluated along with the profiles. Under controlled conditions, we demonstrated the importance of understanding the contamination process through its chemical and biological aspects. In this, it was possible to identify the effect of the tailings on the soil previously existing in the area, indicating that it completely changes the soil community throughout the contamination event. This evidence is reinforced by the similar effect of the tailings deprived of their biological fraction, which indicates that the imposed stress conditions are the major differential event of the observed selection. At the cellular level, bacteria present in contaminated soil have high resistance/tolerance to metalloids such as Zn, Cd, Mn. Through genetic sequencing of selected bacteria, Mucilaginibacter sp., it was possible to identify resistance mechanisms associated with horizontal transfer processes, such as efflux pumps in genomic island positions and mobilomes with genes with cross-resistance of antibiotics and metals. And in Mucilaginibacter a potential for bioremediation due to high genes associated with EPS and efflux pumps.
Title in Portuguese
Aspectos microbiológicos do solo afetados por desastre de Fundão
Keywords in Portuguese
Mucilaginibacter sp.
Áreas úmidas
Atividade biológica
Coalescência
Desastre de Mariana
Rio Doce
Abstract in Portuguese
A microbiota é responsiva a alterações, mesmo em ambientes resilientes com alta diversidade como o solo, onde é possível notar mudanças de estrutura, função e atividade devido a eventos de estresse. No caso de contaminação ambiental, como o rompimento de barragens, os efeitos deste estresse são ainda mais evidentes e podem ocorrer em diferentes escalas. A pressão de seleção leva a uma alteração de diversidade, e das relações ecológicas entre as espécies. Esse efeito, ao longo do tempo acarreta alterações funcionais do ambiente. Ao nível celular, a contaminação pode alterar as regras de seleção, destacando fenótipos derivados de transferências horizontais de gene e mutações. Neste estudo, buscamos entender como contaminação pode alterar a microbiota do solo em relação à estruturação de comunidades e na ocorrência de grupos bacterianos resistentes as condições impostas pela contaminação ambiental. Nesse sentido, este estudo teve como objetivos específicos: (i) determinar a diferenciação na estruturação e na atividade biológica do solo, buscando descrever diferenças ao longo de perfis de solo em pontos de ocorrência da contaminação. avaliar a saúde do solo impactado, por meio de coletas de campo por meio de diversos métodos (i.e.; enzimologia, TRFLP, shot-gun); (ii) avaliar a competição e o estabelecimento que ocorre no solo com a ocorrência da contaminação, por meio de mimetização do processo em condições controladas; (iii) avaliar a ocorrência de bactérias resistentes as condições da contaminação, e descrever alterações genômicas neste organismo. Não foram encontrados padrões entre os pontos analisados, uma vez que a contaminação ocorreu de maneira uniforme sobre uma base distinta previamente presente nos pontos analisados. Fatores como a altura da camada do rejeito, as condições distintas de vegetação, as propriedades distintas do solo inicial, geraram perfis únicos de respostas microbianas em cada um dos pontos avaliados ao longo dos perfis. Em condições controladas conseguimos demostrar a importância de entender o processo de contaminação não apenas pelos aspectos químicos, mas biológico. Neste foi possível identificar o efeito do rejeito sobre o solo previamente existente na área, indicando que este altera completamente a comunidade do solo ao longo do evento de contaminação. Reforça esta evidência, o efeito similar do rejeito desprovido de sua fração biológica, o que indica que as das condições de estresse impostas é o grande evento diferencial da seleção observada. Em nível celular, as bactérias presentes no solo contaminado, apresentam alta resistência/tolerância a metaloides como Zn, Cd, Mn. Por meio de sequenciamento genético de bactéria selecionada, Mucilaginibacter sp., foi possível identificar mecanismos de resistência associados a processos de transferência horizontal como bombas de efluxo em posições de ilhas genômicas, e mobilomas com genes com resistência cruzada de antibiótico e metais. E em Mucilaginibacter um potencial de bioremediação devido à alta genes associados a EPS e bombas de efluxo.
 
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Publishing Date
2022-05-12
 
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