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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.46.2021.tde-17012022-124149
Documento
Autor
Nome completo
Luiza de Araújo Motta
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2021
Orientador
Banca examinadora
Colepicolo, Pio (Presidente)
Hotta, Carlos Takeshi
Pereira, Claudio Martin Pereira de
Yonamine, Maurício
Título em português
Efeito do cádmio (Cd2+) no metaboloma e fisiologia de macroalgas vermelhas Brasileiras
Palavras-chave em português
Crassyphycus caudatus
Espectrometria de Massas
Metabolismo
Metabolomica
Metais
Resumo em português
As algas são organismos fundamentais para o processo de evolução da vida terrestre, principalmente por representarem as principais fontes de oxigênio e matéria orgânica, sendo responsáveis por até mais da metade da atividade fotossintética global. Além disso, as algas desempenham um importante papel nas transformações energéticas, nas reciclagens dos nutrientes e representa a base da cadeia alimentar nos ambientes aquáticos. Devido a essas e outras funções ecológicas desempenhadas, as algas marinhas possuem um grande potencial para os estudos ecotoxicologicos, o que a atribui uma importante aplicacao quanto a conservacao ambiental, podendo atuar como bioindicadores e/ou biorremediadores de poluentes. Os efeitos danosos dos metais não essenciais, incluindo o cádmio (Cd2+), em ambientes aquáticos já são amplamente conhecidos e se relacionam principalmente com o desbalanço do sistema redox celular. A análise metabolômica tem se tornado uma importante ferramenta de análise ambiental, e a alta sensibilidade da técnica utilizada garante um diagnóstico toxicológico precoce e eficiente. Esse estudo teve como o objetivo principal, compreender melhor o efeito ao nível metabólico da exposição do Cd2+ frente a macroalga vermelha brasileira testada de maior resistência. Para tal, as macroalgas Gracilaria domingensis, Crassyphycus caudatus e Hypnea spinella foram cultivadas em água do mar natural e expostas a concentrações crescentes de Cd2+, onde foi avaliado o crescimento diário para cada espécie. A partir das curvas de crescimento obtidas no cultivo, selecionou-se a espécie de maior resistência e mais um ensaio toxicológico foi elaborado para a determinação do IC50 de exposição do Cd2+. A partir desses resultados, foi avaliado o efeito da exposição do Cd2+ no metabolismo da macroalga selecionada, inclusive em concentrações legalmente permitidas pelo Conama em ambientes marinhos. O metabolismo foi avaliado ao nível fotossintético (medidas de fluorescência) e metabólico (metaboloma com cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas CGMS). Os dados metabolômicos foram normalizados e escalonados para serem comparados em testes estatísticos multivadiados (PCA e OPLS-DA). Osresultados dos ensaios toxicológicos indicaram a espécie de maior resistência como sendo C.caudatus com um IC50 de 3 mg/L de Cd2+, podendo ser observado com 48h de exposição. As medidas fotossintéticas apontaram alterações em alguns dos parâmetros analisados inclusive nas concentrações permitidas ambientalmente no território nacional. Nas análises de metaboloma diversas alterações pontuais foram detectadas, porém, o perfil metabólico total foi considerado estatisticamente diferente do observado no grupo controle apenas na maior concentração de Cd2+ avaliada, seu IC50 (3 mg/L). Essas diferenças mostraram significativa alteração em 6 vias metabólicas, onde os principais resultados estão relacionados à uma maior atividade da fotorrespiração, onde sugerimos como uma tentativa da macroalga em manter o fluxo de carbono afetado pela redução da atividade fotossintética. Importantes vias de produção de antioxidantes celulares também foram observadas mais ativas na presença do metal, indicando um possível mecanismo de defesa contra os danos oxidativos causados pelo metal. Além disso, foi detectado uma maior atividade do metabolismo do glicerol, sugerido como uma necessidade celular de biodisponibilidade de glicerofosfolipídeos para o isolamento dos íons metálicos absorvidos em vesículas e/ou um aumento na degradação de triglicerídeos armazenados para a obtenção de energia prejudicada pelos danos oxidativos. O entendimento das alterações metabólicas desencadeadas pelo Cd2+ em conjunto com a detecção dos mecanismos de defesa desempenhado pela macroalga, refletem um importante diagnóstico dos possíveis danos causados pela poluição no ambiente marinho.
Título em inglês
Effect of cadmium (Cd2+) on the metabolome and physiology of Brazilian red macroalgae
Palavras-chave em inglês
Crassyphycus caudatus
Mass Spectrometry
Metabolism
Metabolomics
Metals
Resumo em inglês
Algae are fundamental organisms for the evolution of terrestrial life, mainly because they are important producers of O2 and organic matter. These organisms are responsible for half of the total global photosynthetic activity. Furthermore, algae play an important role in energy transformations, in nutrient recycling and represent the basis of the food chain in aquatic environments. Because of these and others ecological functions performed by marine algae, these organisms have been studied for their capacity of being used in biomonitoring and bioremediation of the environment, which is attributable to a great application of environmental conservation. The effects of non-essential metals in aquatic environments, including cadmium, are already known and are mainly related to the imbalance of the cellular redox system. Metabolomic analysis has become an important tool for environmental conservation, with a high technical sensitivity its guarantee an early and efficient toxicological diagnosis. The main objective of this study was to better understand the metabolic effects of Cd2+ exposure on the Brazilian red algae selected with a greater resistance. For this propose, the macroalgae Gracilaria domingensis, Crassyphycus caudatus and Hypnea spinella were grown in natural seawater and exposed to increasing concentrations of cadmium (Cd2+), the daily growth rate was evaluated for each specie. From these growth curves the specie with greater resistance was selected and another toxicological test designed to determine the IC50 of Cd2+ exposure. From these results it was evaluated the effect of Cd2+ exposure in the metabolism of the selected macroalgae, including concentrations legally permitted by Conama for marine environments. The metabolism was evaluated specific for the photosynthesis (fluorescence measurements) and with general metabolomic analyses (Gas chromatographymass spectrometry- GC-MS). The metabolomic data was normalized and scaled to be compared in multivariate statistical tests (PCA and OPLS-DA). The results of the toxicological assays indicated C. caudatus as the specie with the greater resistance for Cd2+ exposure, with the IC50 of 3 mg/L that can be observed with 48h of exposure. Photosynthetic measurements showed changes in some of the parametersanalyzed, including for those concentration legally allowed in the national environment. In the metabolomic analysis, several specific changes were detected, however, the total metabolic profile was just considered statistically different from that observed in the control group, only in the highest concentration of Cd2+ evaluated, its IC50 (3 mg/L). The differences observed showed significatively changes in 6 metabolic pathways, where the main results are related to a greater photorespiration activity, which we suggested as an attempt of the macroalgae in maintaining the carbon flow affected by the reduction of photosynthetic activity. Important cellular antioxidant production pathways were also more active in the presence of the metal, as a response of defense against oxidative damage caused by the metal. In addition, more activity of glycerol metabolism was detected, suggested as a cellular need for glycerophospholipid bioavailability for the isolation of the metal ions absorbed in vesicles and/or an increase in degradation of stored triglycerides used as source of energy impaired by oxidative damage. The understanding of metabolic changes triggered by Cd2+ with the detection of defense mechanisms performed by the macroalgae, show an important diagnosis of the possible damage caused by pollution in the marine environment.
 
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Data de Publicação
2022-05-10
 
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