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Publication
Impact of microcystins on the growth and antioxidant system of aquatic bacteria
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Authors
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Abstract(s)
[EN] Microcystins (MC) are the type of hepatotoxins more abundantly produced by cyanobacteria. Studies have shown that these toxins affect many multicellular organisms that inhabit aquatic ecosystems, however their impact on bacteria that cohabit with freshwater cyanobacteria is still unclear. In this work the impact of three variants of the MC (-LR,-RR,-YR) was evaluated on growth and antioxidant system of heterotrophic bacteria isolated from three Portuguese reservoirs where blooms of cyanobacteria are often observed, some having microcystin-producing strains, and also in bacteria isolated from a reservoir where these phenomena do not occur. To this end, morphological and molecular characterization of the bacterial isolates was proceeded and these bacteria were exposed to three different concentrations of each variant of the MC, and the effect on the bacterial growth curves was evaluated. The enzymatic activity of catalase (CAT) and SuperOxide Dismutase (SOD1 and SOD2) was determined spectrophotometrically at 240 nm and 550 nm, respectively, in cells exposed to the microcystin variants. It was found that MC can reduce the growth of most bacteria tested (62.5%), and some bacterial cultures grown with no effect (37.5%), while others reacted differently depending on the variant and concentration used on the same isolate. However, in two isolated bacteria a slight stimulation of growth was observed, although with no statistical significance. The results of the determination of CAT and SOD activities showed that the bacterial isolates were susceptible to 10 nM of each variant MC. In all strains tested there was an increase in CAT activity and, in relation to the SOD1 and SOD2 activities it was observed that, most bacteria had an increase of the each SOD activity when exposed to MC. However, not all isolates showed effects on SOD1 or SOD2 activities in the three variants of the MC used. This study showed that MCs can induce a reduction on the growth of most bacteria isolated from freshwater. In respect to the antioxidant system enzymes, all results point out that microcystins can induce oxidative stress in the bacteria tested and that CAT and SOD activities were activated as a defense mechanism to scavenge reactive oxygen species (ROS) increment.
[PT] As microcistinas (MC) são o tipo de hepatotoxinas mais abundantemente produzido pelas cianobactérias. Estudos revelaram que estas toxinas afetam diversos organismos multicelulares que habitam ecossistemas aquáticos, no entanto o seu impacto em bactérias, que coabitam com cianobactérias de água doce encontra-se ainda por esclarecer. Neste trabalho avaliou-se o impacto de três variantes da MC (-LR, -RR, -YR) no crescimento e sistema antioxidante de bactérias heterotróficas isoladas de três albufeiras portuguesas, onde frequentemente se observam “blooms” de cianobactérias, sendo algumas estirpes produtoras de MC, assim como em bactérias isoladas de uma albufeira onde estes fenómenos não acontecem. Para tal, procedeu-se à caracterização morfológica e molecular das bactérias isoladas e estas foram expostas a três concentrações diferentes de cada variante da MC, e os efeitos nas curvas de crescimento bacteriano foram avaliados. A atividade enzimática da catalase (CAT) e da Superóxido Dismutase (SOD1 e SOD2) foram determinadas, espectrofotometricamente a 240 nm e 550 nm, respetivamente, nas células expostas às variantes da microcistina. Verificou-se que as MC podem reduzir o crescimento da maioria das bactérias testadas (62,5%), sendo que algumas bactérias cresceram sem efeito algum induzido (37,5%), enquanto outras reagiram de forma diferente consoante a variante e a concentração usada no mesmo isolado. No entanto, em dois isolados observou-se uma ligeira estimulação do crescimento, embora sem significado estatístico. Os resultados da determinação das atividades da CAT e SOD revelaram que os isolados bacterianos são na sua maioria suscetíveis à exposição de 10 nM de cada variante da MC. Em todos os isolados testados observou-se um aumento da atividade da CAT e, em relação à SOD1 e SOD2 verificou-se que, na maioria das bactérias testadas, ocorreu um aumento da atividade de cada SOD quando expostas à MC. Contudo, nem todos os isolados apresentaram efeitos na atividade SOD1 ou SOD2 nas três variantes da MC usada. Este estudo demonstra que as MCs podem reduzir o crescimento da maioria das bactérias isoladas das albufeiras. Em relação às enzimas do sistema antioxidante, todos os resultados indicam que as microcistinas podem induzir stress oxidativo nas bactérias testadas e que as atividades da CAT e da SOD foram ativadas como um mecanismo de defesa para eliminar o aumento de espécies reativas de oxigénio (ROS).
[PT] As microcistinas (MC) são o tipo de hepatotoxinas mais abundantemente produzido pelas cianobactérias. Estudos revelaram que estas toxinas afetam diversos organismos multicelulares que habitam ecossistemas aquáticos, no entanto o seu impacto em bactérias, que coabitam com cianobactérias de água doce encontra-se ainda por esclarecer. Neste trabalho avaliou-se o impacto de três variantes da MC (-LR, -RR, -YR) no crescimento e sistema antioxidante de bactérias heterotróficas isoladas de três albufeiras portuguesas, onde frequentemente se observam “blooms” de cianobactérias, sendo algumas estirpes produtoras de MC, assim como em bactérias isoladas de uma albufeira onde estes fenómenos não acontecem. Para tal, procedeu-se à caracterização morfológica e molecular das bactérias isoladas e estas foram expostas a três concentrações diferentes de cada variante da MC, e os efeitos nas curvas de crescimento bacteriano foram avaliados. A atividade enzimática da catalase (CAT) e da Superóxido Dismutase (SOD1 e SOD2) foram determinadas, espectrofotometricamente a 240 nm e 550 nm, respetivamente, nas células expostas às variantes da microcistina. Verificou-se que as MC podem reduzir o crescimento da maioria das bactérias testadas (62,5%), sendo que algumas bactérias cresceram sem efeito algum induzido (37,5%), enquanto outras reagiram de forma diferente consoante a variante e a concentração usada no mesmo isolado. No entanto, em dois isolados observou-se uma ligeira estimulação do crescimento, embora sem significado estatístico. Os resultados da determinação das atividades da CAT e SOD revelaram que os isolados bacterianos são na sua maioria suscetíveis à exposição de 10 nM de cada variante da MC. Em todos os isolados testados observou-se um aumento da atividade da CAT e, em relação à SOD1 e SOD2 verificou-se que, na maioria das bactérias testadas, ocorreu um aumento da atividade de cada SOD quando expostas à MC. Contudo, nem todos os isolados apresentaram efeitos na atividade SOD1 ou SOD2 nas três variantes da MC usada. Este estudo demonstra que as MCs podem reduzir o crescimento da maioria das bactérias isoladas das albufeiras. Em relação às enzimas do sistema antioxidante, todos os resultados indicam que as microcistinas podem induzir stress oxidativo nas bactérias testadas e que as atividades da CAT e da SOD foram ativadas como um mecanismo de defesa para eliminar o aumento de espécies reativas de oxigénio (ROS).
Description
Dissertação de Mestrado em Microbiologia Aplicada apresentada à Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, 6 Dezembro 2013.
This thesis work was fully performed at the Biology and Ecotoxicology Laboratory, Department of Environmental Health, from the National Health Institute Doutor Ricardo Jorge (INSA), under the direct supervision of Doctor Elisabete Valério (Pós-Doc do LBE-DSA).
Prof. Doctor Ana Reis was the internal designated supervisor in the scope of the Master in Applied Microbiology of the Faculty of Sciences of the University of Lisbon, Portugal.
This thesis work was fully performed at the Biology and Ecotoxicology Laboratory, Department of Environmental Health, from the National Health Institute Doutor Ricardo Jorge (INSA), under the direct supervision of Doctor Elisabete Valério (Pós-Doc do LBE-DSA).
Prof. Doctor Ana Reis was the internal designated supervisor in the scope of the Master in Applied Microbiology of the Faculty of Sciences of the University of Lisbon, Portugal.
Keywords
Bactérias Aquáticas Microcistinas Impacto no Crescimento Microcystins Água e Solo