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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.42.2022.tde-07032023-173410
Document
Author
Full name
Lucas Salomão de Sousa Ferreira
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2022
Supervisor
Committee
Pellizari, Vivian Helena (President)
Nakayama, Cristina Rossi
Rigonato, Janaina
Silva, Renata Medina da
Title in Portuguese
Influência da composição de polímeros plásticos na comunidade microbiana da plastisfera no ecossistema marinho
Keywords in Portuguese
Bactérias Plástico-específicas
Biofilmes
Microbioma
Plastisfera
Poluição marinha
Abstract in Portuguese
Os plásticos têm se tornado um dos principais problemas ambientais das últimas décadas, uma vez que milhões de toneladas desse detritos acabam nos oceanos. Ao entrar em contato com a água do mar, o plástico é rapidamente colonizado por uma complexa comunidade microbiana, constituindo um novo habitat denominado Plastisfera. Porém os fatores ecológicos que influenciam o desenvolvimento destas comunidades ainda estão sendo elucidados. Neste trabalho buscou-se a partir do sequenciamento do gene 16S rRNA, obtido do biofilme microbiano associada a polímeros plásticos (PEAD, PEBD e PBAT), caracterizar a sucessão temporal em um experimento realizado por 5 semanas na região costeira do Saco da Ribeira em Ubatuba, São Paulo. Os resultados de abundância bacteriana e estrutura da comunidade, indicaram que ambas foram influenciadas pelas variáveis ecológicas tempo de exposição e tipo de substrato. Foi possível também classificar táxons nunca identificados como componentes da plastisfera. Entre os grupos taxonômicos mais abundantes, destacaram-se os filos Proteobacteria, Cianobacteria e Bacteroidota, bem como as famílias Flavobacteraceae, Rhodobacteraceae e Cloroplastos. Ao analisar a sucessão ecológica da plasitsfera, pôde-se reconhecer três fases clássicas da colonização do biofilme ao longo do tempo de exposição: Colonização primária (semana I), com ênfase na preparação do biofilme por micro-organismos fotossintéticos e produtores de EPS; Fase de crescimento (semanas II e III), com destaque na manutenção do biofilme a partir do controle populacional e degradação de compostos complexos; e Fase de maturação (Semana IV e V) onde não houveram mais variações significativas na estrutura da comunidade. Na análise de indicadores foi possível identificar 174 ASVs indicadoras somando os diferentes tipos de plásticos. Por fim foram inferidos 25 metabolismos importantes, entre eles estão o ciclo do nitrogênio, carbono e enxofre, bem como biodegradação de hidrocarbonetos. Juntos, estes resultados sugerem que a plastisfera formada em ambiente tropical pode representar um ecossistema único e complexo. Em conclusão os resultados revelaram que a comunidade microbiana foi influenciada pelos tipos de substrato, onde foram identificadas bactérias plástico-específicas, bem como entre as semanas de coleta, e por fim demonstrou a alta complexidade metabólica existente, bem como o potencial biodegradador. Com isso, este trabalho traz importantes contribuições para o entendimento dos fatores ecológicos que afetam a plastisfera marinha, bem como auxilia o entendimento do desenvolvimento do biofilme associado a matrizes plásticas no ecossistema marinho.
Title in English
Influence of the composition of plastic polymers on the microbial community of the plasticsphere in the marine ecosystem
Keywords in English
Biofilms
Marine Pollution
Microbiome
Plastic-specific Bacteria
Plastisphere
Abstract in English
Plastics have become one of the main environmental problems in recent decades, as millions of tons of this debris end up in the oceans. When in contact with sea water, the plastic is quickly colonized by a complex microbial community, constituting a new habitat called Plastisphere. However, the ecological factors that influence the development of these communities are still being elucidated. Based on the sequencing of the 16S rRNA gene, obtained from the microbial biofilm associated with plastic polymers (PEAD, PEBD and PBAT), we sought to characterize the temporal succession in an experiment carried out for 5 weeks in the coastal region of Saco da Ribeira in Ubatuba. , Sao Paulo. The results of bacterial abundance and community structure indicated that both were influenced by ecological variables exposure time and substrate type. It was also possible to classify taxa never identified as components of the plastisphere. Among the most abundant taxonomic groups, the phyla Proteobacteria, Cianobacteria and Bacteroidota stood out, as well as the families Flavobacteraceae, Rhodobacteraceae and Chloroplasts. By analyzing the ecological succession of the plastosphere, it was possible to recognize three classic phases of biofilm colonization over the exposure time: Primary colonization (week I), with emphasis on biofilm preparation by photosynthetic and EPS-producing microorganisms; Growth phase (weeks II and III), with emphasis on biofilm maintenance from population control and degradation of complex compounds; and Maturation phase (Weeks IV and V) where there were no more significant variations in community structure. In the analysis of indicators, it was possible to identify exclusive microbial groups, such as indicators in the different types of plastics. Finally, 25 important metabolisms were inferred, among them are the nitrogen, carbon and sulfur cycle, as well as the biodegradation of hydrocarbons. Together, these results suggest that the plastisphere formed in a tropical environment may represent a unique and complex ecosystem. In conclusion, the results revealed that the microbial community was influenced by the types of substrate, where plastic-specific bacteria were identified, as well as between the collection weeks, and finally demonstrated the high existing metabolic complexity, as well as the biodegradation potential. Thus, this work brings important contributions to the understanding of ecological factors that affect the marine plastisphere, as well as helps to understand the development of biofilm associated with plastic matrices in the marine ecosystem.
 
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Release Date
2025-03-06
Publishing Date
2023-03-09
 
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