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Type: Dissertação
Title: Alterações ultraestruturais de cianobactérias (Cylindrospermopsis raciborskii e Microcystis aeruginosa) em interação interespecífica com ênfase em corpúsculos lipídicos
Author: Arantes, Victor Claudio Zarantonello
First Advisor: Melo, Rossana Correa Netto de
Referee Member: Cardoso, Simone Jaqueline
Referee Member: Noyma, Natália Pessoa
Resumo: Cianobactérias são microrganismos unicelulares fotossintetizantes responsáveis pela maior parte da produção primária em ecossistemas aquáticos. Em diversos ambientes, várias espécies de cianobactérias causam florações, liberando toxinas que são nocivas para outras comunidades. Também é comum que haja dominância de uma determinada espécie de cianobactéria, podendo esta ser alternada ao longo de períodos sazonais. Dessa forma, há uma interação natural entre espécies diferentes de cianobactérias na qual se observa mudanças no comportamento das mesmas para que possam suprimir suas competidoras e assim dominar o ambiente. Diversos estudos têm avaliado interações entre cianobactérias a nível populacional, porém, poucos investigam aspectos fisiológicos, metabólicos e ultraestruturais das células durante esse processo. Corpúsculos lipídicos (CLs), também conhecidos como gotas ou inclusões lipídicas, são organelas presentes em todos os tipos celulares, incluindo cianobactérias. Em células eucarióticas, estas organelas estão envolvidas em várias funções celulares como metabolismo de lipídios, sinalização celular, transporte intracelular e inflamação. Estudos do grupo de Biologia Celular/UFJF vêm estudando a formação e o papel de CLs em células de mamíferos e, mais recentemente, em protozoários parasitos unicelulares. CLs mostram-se como organelas funcionalmente ativas podendo ser rapidamente formados em respostas a estímulos do meio independente do tipo celular envolvido. A ocorrência e o papel de CLs em cianobactérias são pouco conhecidos. Trabalho anterior do grupo identificou, por microscopia eletrônica de transmissão (MET), alteração no número de CLs em cianobactérias submetidas à radiação ultravioleta. O presente trabalho teve como objetivo estudar a ultraestrutura de cepas de cianobactérias, Cylindrospermopsis raciborskii (CYRF-01) e Microcystis aeruginosa (MIRF-01) em interação durante 24h e investigar se esta influencia a formação de CLs. Amostras dos grupos controles (MIRF-01 e CYR-01) e do grupo interação (MIRF-01/CYRF-01) foram coletadas no tempo 0h e 24h. Para análises e quantificação do CLs foram utilizados: (1) coloração com Oil Red-O, que possibilita a marcação e visualização de CLs tanto em microscopia de campo claro como de fluorescência e (2) MET, a qual possibilita a identificação de aspectos morfológicos em alta resolução. Em paralelo, foram analisadas a densidade e viabilidade das células, através do uso de quantificação de rotina em câmara de Neubauer e uso de marcador para permeabilidade de membrana, respectivamente. Os resultados, tanto na microscopia de luz, quanto em MET, indicaram uma redução significativa de CLs (p<0,001), nas duas espécies, após a interação de 24hs quando comparadas com os grupos controle. Porém, foi observada uma redução mais acentuada no número de CLs, em paralelo com aumento de tamanho, em CYRF-01 em relação à MIRF-01. Desta forma, nossos dados sugerem que CLs em cianobactérias são organelas dinâmicas, capazes de responder a estresses ambientais, como na competição interespecífica e com funções que podem ir além de simples armazenamento energético. Além de CLs, outras estruturas e organelas foram analisadas e quantificadas, como vesículas de membrana externa (VMEs), grânulos de polifosfato, carboxissomos e tilacoides. Estas análises demonstraram que CYRF-01 parece responder mais prontamente a estímulos do meio, pois somente ela apresentou formação de VMEs. Além disso, a proporção destas vesículas aumentou significativamente nas células de C. raciborskii no grupo interação (p<0,004). Paralelamente, também em CYRF-01, os grânulos de fosfato tiveram uma menor proporção na interação em relação ao seu controle (p=0,014), bem como uma menor porcentagem de área ocupada por tilacoides (p<0,0001). Valores esses que em MIRF-01 não foram estatisticamente significativos (p=0,589 e p=0,921). A interação não alterou a densidade celular (p=0,811), entretanto, as análises de viabilidade celular mostraram que na interação há maior quantidade de células inviáveis nas duas cepas (p<0,05 em ambas). Porém, houver maior quantidade de células inviáveis, proporcionalmente, em MIRF-01 (10,81 ± 3,11%) que em CYRF-01 (7,74 ± 1,47%), após a interação. Coletivamente, os resultados deste estudo reforçam a importância da análise individual de fatores, como interações interespecíficas, que interferem diretamente na comunidade de cianobactérias. Este tipo de interação induz alterações a nível celular nas espécies envolvidas. Portanto, o melhor entendimento dessas respostas é importante na compreensão da dinâmica da comunidade desses organismos e suas relações em ecossistemas aquáticos.
Abstract: Cyanobacteria are photosynthetic unicellular microorganisms responsible for most of the primary production in aquatic ecosystems. In many environments, several species of cyanobacteria cause blooms and release toxins that are harmful to other communities. In many places, it is common that there is dominance of a particular species of cyanobacteria, which may be switched over seasonal periods. Thus, there is a natural interaction between different species of cyanobacteria in which we observe changes in the behavior of the same so that they can suppress their competitors and thus dominate the environment. Several studies have evaluated interactions between cyanobacteria at the population level, but few ones investigate physiological, metabolic and ultrastructural aspects of the cells during this process. Lipid bodies (LBs), also known as lipid droplets or inclusions, are organelles present in all cell types, including cyanobacteria. In eukaryotic cells, these organelles are involved in varied cellular functions such as lipid metabolism, cellular signaling, intracellular transport and inflammation. The Cell Biology at UFJF has been studying the formation and the role of LBs in mammalian cells and, more recently, in unicellular protozoan parasites. LBs are functionally active organelles, which can be rapidly formed in response to stimuli independent of the cell type involved. The occurrence and the functional role of LBs in cyanobacteria are poorly known. Previous work of our group has identified by TEM that the number of LBs within cyanobacteria changed in response to ultraviolet radiation. The presente work aimed to study the ultrastructure of cyanobacteria strains Cylindrospermopsis raciborskii (CYRF-01) and Microcystis aeruginosa (MIRF-01) in interaction for 24n and investigate whether this interaction affects the formation of CLs. Samples of the control groups (MIRF-01 and CYR-01) and interaction group (MIRF-01/CYRF-01) were collected at 0h and 24h. For analysis and quantification of LCs we used: (1) Oil Red-O staining, which enables visualization of CLs by both bright-field and fluorescence microscopy and (2) TEM,.which provides identification of morphological aspects of LBs at high resolution. In parallel, we analyzed the density and cell viability through routine quantification with a Neubauer chamber and a membrane permeability marker, respectively. The results in both light microscopy and TEM showed a significant reduction in LB numbers (p <0.001) for the two species after 24h of interaction compared with the control groups. However, it was observed a greater reduction in the number of LBs in parallel to the increase in size in CYRF-01 compared to MIRF-01. Thus, our data suggest that LCs in cyanobacteria are dynamic organelles, able to respond to environmental stresses, as in interspecific competition and with features that can go beyond just energy storage. IN addition to CLs, other organelles and structures were analyzed and quantified such as external membrane vesicles (EMVs), polyphosphate granules, carboxysomes and thylakoid membranes. These analyses demonstrated that CYRF-01 seems to be much more responsive to environmental stimuli, since just this cyanobacterium released EMVs. Furthermore, the proportion of EMVs significantly increased in C. raciborskii cells after 24h of interaction (p <0.004). In parallel, the numbers of phosphate granules reduced in response to interaction compared to the control group (p = 0.014) as well as the area occupied by thylakoids (p <0.0001). Values found in MIRF-01 were not statistically significant (p = 0.589 and p = 0.921). The interaction did not affect cell density (p = 0.811), however, cell viability analysis showed that the interaction there is a higher quantity of non-viable cells in both strains (p <0.05 in both). However, there is a greater amount of nonviable cells, in proportion in MIRF-01 (10.81 ± 3.11%) than in CYRF-01 (7.74% ± 1.47) after the interaction. Collectively, the results of this study reinforce the importance of individual analysis of factors such as interspecific interactions that interfere directly in cyanobacteria community. This kind of interaction induces changes at the cellular level in the species involved. Therefore, a better knowledge of these responses is important to understand the community dynamics of these organisms and their relationships in aquatic ecosystems.
Keywords: Cianobactérias
Cultura
Corpúsculos lipídicos
Microscopia eletrônica de transmissão
Microscopia de luz
Ultraestrutura
Interação interespecífica
Vesículas de membrana externa
Cyanobacteria
Culture
Lipid droplets
Transmission electron microscopy
Light microscopy
Ultrastructure
Interespecific interaction
External membrane vesicles
CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::ECOLOGIA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: ICB – Instituto de Ciências Biológicas
Program: Programa de Pós-graduação em Ecologia
Access Type: Acesso Aberto
Attribution 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/11978
Issue Date: 25-Sep-2015
Appears in Collections:Mestrado em Ecologia (Dissertações)



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