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Mitotic chromosomes of 12 species of Catasetum were assessed to contribute with the karyotypic study of the subtribe Catasetinae (Orchidaceae), expanding the knowledge of this group in terms of chromosomes and supporting its taxonomic and evolutionary analysis. The species are maintained in cultivation in the greenhouse of the Department of Plant Biology/IB/UNICAMP and in the "Orquidário Frederico Carlos Hoehne" of the Botanical Garden of São Paulo. Chromosome counts ranged from 2n = 54 to 2n = 108. Karyotypes were prepared for all species studied, in which there was a predominance of metacentric chromosomes and some submetacentric ones. The chromosome size ranged from 0.5 to 4.9 µm, the total chromosome length ranged from 34.7 to 78.7 µm and the asymmetry index TF% ranged from 21.2 to 42.3. The results obtained so far favor the taxonomy of the genus, allowing to distinguish species with very similar external morphology Fechado

Biofilm formation on reverse osmosis (RO) systems represents a drawback in the application of this technology by different industries, including oil refineries. In RO systems the feed water maybe a source of microbial contamination and thus contributes for the formation of biofilm and consequent biofouling. In this study the planktonic culturable bacterial community was characterized from a feed water of a RO system and their capacities were evaluated to form biofilm in vitro. Bacterial motility and biofilm control were also analysed using phages. As results, diverse Protobacteria, Actinobacteria and Bacteroidetes were identified. Alphaproteobacteria was the predominant group and Brevundimonas, Pseudomonas and Mycobacterium the most abundant genera. Among the 30 isolates, 11 showed at least one type of motility and 11 were classified as good biofilm formers. Additionally, the influence of non-specific bacteriophage in the bacterial biofilms formed in vitro was investigated by action of phages enzymes or phage infection. The vB_AspP-UFV1 (Podoviridae) interfered in biofilm formation of most tested bacteria and may represent a good alternative in biofilm control. These findings provide important information about the bacterial community from the feed water of a RO system that may be used for the development of strategies for biofilm prevention and control in such systems Fechado

Orientador: Adriano Luiz Tonetti Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo Resumo: Um grande consumidor da água disponível na Terra é a agricultura, estima-se que 70% de seu uso global seja destinado a essa atividade. Deste modo, o reúso de efluentes sanitários aparece como uma alternativa viável para suprir a demanda do setor agrícola, no entanto uma das dificuldades encontradas para viabilizar o reúso seguro é determinar um sistema de desinfecção eficiente na inativação de cistos de Giardia spp. Este protozoário é patógeno mais identificado nos exames de fezes ao redor do mundo. Assim, o presente trabalho tem como objetivo avaliar os impactos causados pelo reúso agrícola de efluente doméstico tratado e desinfetado, a um nível considerado seguro em relação a presença de cistos de Giardia, nas propriedades físico-químicas e microbiológicas do solo. Para tal, primeiramente foram avaliadas a performance de diferentes dosagens dos agentes desinfetantes escolhidos (cloro, ácido peracético, radiação ultravioleta e associação entre peróxido de hidrogênio e radiação ultravioleta) para a inativação de cistos de Giardia inoculados artificialmente no efluente proveniente da ETE "Barão Geraldo", na cidade de Campinas-SP. E então, para avaliar os efeitos do uso de efluente desinfetado no solo, foi realizado um experimento em casa de vegetação, no qual uma cultura de trigo foi irrigada com efluente tratado com as dosagens dos desinfetantes que apresentaram melhor performance de inativação dos cistos. A irrigação com efluente não desinfetado e com água da torneira foram utilizadas como controle. Ao final de um ciclo de cultivo do trigo, foram avaliados o pH, a condutividade elétrica, a matéria orgânica, concentração de nitrogênio, fósforo e a composição microbiana do solo, bem como o número de grãos de trigo produzidos pelas plantas irrigadas com os diferentes tratamentos. Os tratamentos de desinfecção não impactaram as características físico-químicas do solo nem o rendimento do trigo, porém desempenharam um papel importante na estrutura da comunidade microbiana Abstract: The major consumer of available water on Earth is agriculture, it is estimated that 70% of its global use is destined for this activity. In this way, the wastewater reuse appears as a viable alternative to supply the demand of the agricultural sector, however, one of the difficulties encountered to enable safe reuse is to determine an efficient disinfection system for the inactivation of Giardia lamblia cysts. This protozoan is the most identified pathogen in stool exams around the world. Thus, the present study aims to evaluate the impacts caused by the agricultural reuse of treated and disinfected domestic wastewater, at a level considered safe about the presence of Giardia cysts, on the physicochemical and microbiological properties of the soil and on crop yield. For this, firstly, the performance of different dosages of the chosen disinfecting agents (chlorine, peracetic acid, ultraviolet radiation, and association between hydrogen peroxide and ultraviolet radiation) was evaluated, for the inactivation of Giardia cysts in wastewater samples. Then, to evaluate the effects of the use of disinfected wastewater on the soil, an experiment was carried out in a greenhouse, in which a wheat crop was irrigated with wastewater treated with the dosages of disinfectants that presented the best cyst inactivation performance. Irrigation with non-disinfected effluent and tap water were used as controls. At the end of a wheat crop cycle, pH, electrical conductivity, organic matter, nitrogen and phosphorus concentration, and soil microbial composition were evaluated, as well as the number of wheat grains produced by plants irrigated with the different treatments. Disinfection treatments did not impact soil physicochemical characteristics or wheat yield, but played an important role in microbial community structure Doutorado Saneamento e Ambiente Doutora em Engenharia Civil FAPESP 2017/12157-2; 2018/25451-9

Orientador: Váleria Maia Merzel Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: A ilha Deception, localizada no arquipélago Shetlands do Sul (Antártica Marítima), é um vulcão em atividade cuja cratera foi inundada pela água do mar. Devido ao histórico de ocupação da ilha no início do século passado visando o estabelecimento de um porto para produção de óleo de baleia, não se sabe exatamente a extensão do impacto antropogênico sofrido no local, em específico na Baía dos Baleeiros (WB), área de estudo desta tese. Somado a isso, o microbioma em WB está submetido constantemente a diferentes pressões seletivas do ambiente Antártico, como extremos de temperatura, baixa umidade relativa, hipersalinidade, elevada radiação UVA e UVB, além de baixa concentração de nutrientes. Neste sentido, o objetivo desta tese foi realizar a análise comparativa do microbioma de sedimentos da Ilha Deception – Antártica, ao longo de um gradiente espacial e temporal com ênfase em genes de resposta ao estresse e resistência. Para isto, foi empregada uma abordagem integrada de metagenômica e metatranscriptômica, baseada em sequenciamento em larga escala de amostras ambientais, e subsequentes análises de bioinformática para montagem, predição e anotação de genes em bancos de dados específicos, além da recuperação de genomas para detalhamento metabólico e inferência de interações microbianas. Para os genes de estresse comparados entre os anos de amostragem, os resultados mostraram que fatores abióticos influenciaram diferencialmente a abundância microbiana nos pontos amostrados em WB, mas não alteraram significativamente a composição taxonômica do microbioma. Como resultado, as comunidades microbianas que carregam genes relacionados ao estresse, como HSP20, clpE, cspL, mtrAB e vicKR, e oxidorredutases mostraram perfis diferentes em resposta às variações ambientais entre os anos. Os perfis dos genes de resistência foram comparados entre os pontos ao longo do gradiente espacial, entre os anos de amostragem e com outros locais das ilhas Deception e de ilhas já sabidamente impactadas. WB mostrou um perfil de resistência muito diverso e similar ao de outras áreas impactadas da Antártica. As áreas não impactadas apresentaram uma abundância relativa de genes de resistência/tolerância significativamente menor do que as áreas impactadas, confirmando que locais com atividade antrópica influenciam substancialmente o resistoma do microbioma, promovendo o enriquecimento de diferentes classes de genes de resistência/tolerância a antibióticos, biocidas e metais pesados. A recuperação de MAGs permitiu concluir que não somente os gêneros taxonômicos mais abundantes (Arthrobacter, Flavobacterium, Polaromonas e Psychrobacter) devem ser estudados, mas que outros grupos, como os das bactérias roxas, têm sua importância nas interações entre as bactérias que compõem o microbioma. Na Ilha Deception, ambos os biofilmes amostrados são formados por um microbioma altamente complexo, com composição fortemente influenciada pela temperatura. Finalmente, o sistema de chaperonas e os genes de resistência que neutralizam o efeito negativo de ROS e compostos tóxicos são essenciais para manter a homeostase de células bacterianas no ambiente extremo. Em conjunto, os resultados obtidos permitiram adquirir uma melhor compreensão do impacto antropogênico, das interações bacterianas e de grupos taxonômicos com potencial biotecnológico na Baía dos Baleeiros, o que deve ser levado em consideração em futuros trabalhos acerca da ecologia microbiana na Ilha Deception Abstract: Deception Island, located in the South Shetlands archipelago (Maritime Antarctica), is an active volcano whose crater has been flooded by seawater. Due to the history of the island occupation at the beginning of the last century, aiming at the establishment of a port for whale oil production, it is not known exactly the extent of the anthropogenic impact suffered on the site, specifically in Whalers Bay (WB), the area of this thesis study. In addition, the microbiome in WB is constantly subjected to different selective pressures from the Antarctic environment, such as extremes temperature, low relative humidity, hypersalinity, high UVA and UVB radiation, in addition to low concentration of nutrients. In this sense, the objective of this project was to carry out a comparative analysis of the sediment microbiome of Deception Island – Antarctica, along a spatial gradient and temporal gradient, with emphasis on response genes to the stress and resistance. For this, an integrated approach of metagenomics and metatranscriptomics was used, based on large-scale sequencing of environmental samples, and subsequent bioinformatics analyzes for assembling, predicting and annotating genes in specific databases, in addition to genome recovery for metabolic detailing and inference of microbial interactions. For the stress genes compared between the sampling years, the results showed that abiotic factors differentially influenced the microbial abundance at the points sampled in WB, but did not significantly alter the taxonomic composition of the microbiome. As a result, microbial communities that carry stress-related genes such as HSP20, clpE, cspL, mtrAB and vicKR, and oxidoreductases showed different profiles in response to environmental variations between years. Resistance gene profiles were compared between sites along the spatial gradient, between sampling years and with other sites on Deception Island and impacted islands. WB showed a very diverse resistance profile, similar to that of other impacted areas of Antarctica. The non-impacted areas showed a significantly lower relative abundance of resistance/tolerance genes than the impacted areas, confirming that sites with anthropic activity substantially influence the microbiome resistome, promoting the enrichment of different classes of antibiotic, biocides and heavy metals resistance/tolerance genes. The recovery of MAGs allowed us to conclude that not only the most abundant taxonomic genera (Arthrobacter, Flavobacterium, Polaromonas and Psychrobacter) should be studied, but that other groups, such as purple bacteria, play an important role in the interactions between the bacteria that compose the microbiome. In Deception Island, both biofilms sampled from WB sediments are formed by a highly complex microbiome, with composition strongly influenced by temperature. Finally, the chaperon system and the resistance genes counteracting the negative effect of ROS and toxic compounds are essential for maintaining the bacterial cell homeostasis in the extreme environment Together, the results obtained allowed us to acquire a better understanding of the anthropogenic impact, bacterial interactions and the taxonomic groups with biotechnological potential on Whalers Bay, which should be taken into account in future works on the microbial ecology of Deception Island Doutorado Genética de Microorganismos Doutor em Genética e Biologia Molecular FAPESP 2017/03172-8 2019/22891-0 CAPES 001

Submitted by Jorge Silva (jorgelmsilva@ufrrj.br) on 2022-08-09T18:15:17Z No. of bitstreams: 1 2021 - Aparecida Carina Alves de Souza.pdf: 4554252 bytes, checksum: ba5d65d20560cd56be9dd1d791aa7bab (MD5) Made available in DSpace on 2022-08-09T18:15:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2021 - Aparecida Carina Alves de Souza.pdf: 4554252 bytes, checksum: ba5d65d20560cd56be9dd1d791aa7bab (MD5) Previous issue date: 2021-12-15 CAPES - Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior This doctoral thesis aims to make a critical reflection on inclusive educational projects, made possible through the public-private partnership, respecting social rights, presenting the Third Sector as the main actor, and with the perspective of education against barbarism as a central point. Education must avoid barbarism and seek human emancipation, as opposed to the society that kills and trivializes exclusion, as well as the patch on the times we live in, in which the logic of capital is exclusive and aims to equal everyone, making it impossible to legitimize social rights. This diversity of options was discussed in the light of Adorno's complex thinking, as the main lens for the problematizing of inclusion in education from the perspective of both the private and public sectors, respecting social rights, in addition to Mantoan and Damasceno, pointing out relevant issues in the social and political areas, as well as other authors in the field, in order to build emancipatory knowledge. The thesis also sought to present and analyze the work of the Third Sector, as well as its developments, based on the partnership between the public sector and the private initiative. To achieve these goals, this work sought to use perception and observation, in addition to testimonies that were presented over eight years of experience, dialogues, experiences, and also the realization of the social projects of Institute Superar, currently reframed and in transition to the Incluir Institute. Through this perspective, we seek to apprehend and interpret the phenomena of inclusion and exclusion in those institutions, without losing the focus of this thesis, through two perspectives: inclusive educational policies and practices. Over the course of the research, during the meetings, disagreements and dialogues, it was possible to identify the tensions, contradictions, knowledge and actions of the reality of inclusion versus exclusion that our society experiences daily. Finally, we found that the research carried out in the Third Sector revealed its role in promoting inclusion within an extremely exclusive and strongly bureaucratic structure of the State, in addition to being radically hierarchical. This reflects the challenge and the effort that was to promote the debate on inclusion within the public-private perspective, and that it is possible to affirm its contribution to the humanization, transformation, and democratization of the inclusive process, while still giving light to each context and reality that they must be objects of critical meditation. Esta tese de doutorado tem como objetivo tecer uma reflex?o cr?tica sobre projetos educacionais inclusivos, viabilizados por meio da parceria p?blico-privada, respeitando os direitos sociais, apresentando o terceiro setor como ator principal e tendo como perspectiva a educa??o contra a barb?rie como ponto central. A educa??o deve evitar a barb?rie e buscar a emancipa??o humana, em contraponto ? sociedade que mata e banaliza a exclus?o, assim como o remendo sobre os tempos que vivemos, em que a l?gica do capital ? excludente e visa igualar a todos, impossibilitando a legitima??o dos direitos sociais. Essa diversidade de op??es foi discutida ? luz do pensamento complexo de Adorno como a principal lente para a problematiza??o da inclus?o em educa??o na perspectiva p?blico-privada, respeitando os direitos sociais, al?m de Mantoan e Damasceno, apontando quest?es relevantes das ?reas sociais e pol?tica, assim como outros autores da ?rea, com fins de se construir um conhecimento emancipat?rio. A tese buscou, tamb?m, apresentar e analisar o trabalho do terceiro setor, bem como os seus desdobramentos, a partir da parceria p?blico-privada. Para alcan?ar tais objetivos, este trabalho buscou lan?ar m?o da percep??o e observa??o, al?m de depoimentos que se apresentaram ao longo de oito anos de experi?ncia, di?logos, viv?ncias e tamb?m da realiza??o dos projetos sociais do Instituto Superar, atualmente ressignificado em sua transi??o para o Instituto Incluir. Por meio desta perspectiva, procuramos apreender e interpretar os fen?menos de inclus?o e exclus?o naquelas institui??es, sem perder o foco desta tese, atrav?s de duas perspectivas: pol?ticas e pr?ticas educacionais inclusivas. No decorrer da pesquisa, ao longo dos encontros, desencontros e di?logos, foi poss?vel identificar as tens?es, contradi??es, saberes e fazeres da realidade de inclus?o versus exclus?o que nossa sociedade vivencia diariamente. Por fim, constatamos que a pesquisa realizada no terceiro setor revelou o seu papel na promo??o da inclus?o dentro de uma estrutura extremamente excludente e fortemente burocr?tica de Estado, al?m de radicalmente hierarquizada. Isso reflete o desafio e o esfor?o que foi promover o debate sobre inclus?o dentro da perspectiva p?blico-privada e que ? poss?vel afirmar sua contribui??o para a humaniza??o, transforma??o e democratiza??o do processo inclusivo, n?o deixando de dar luz a cada contexto e realidade que devem ser objetos de uma medita??o cr?tica.

O transtorno de estresse pós-traumático (TEPT) é um transtorno de ansiedade caracterizado por reviver um estressor extremamente traumática vivida por uma pessoa, ou por uma pessoa próxima da família, ou por um membro da família. O TEPT vem se tornando uma das mais onerosas perturbações mentais, gerando perdas produtividade superiores a 3 bilhões de dólares anuais em todo mundo, gerando ainda uma condição muitas vezes crônica a qual comumente está relacionada com significativo comprometimento funcional e baixa qualidade de vida. Sendo assim, temos por objetivo analisar a contribuição dos exercícios físicos aeróbicos e anaeróbios no efeito antidepressivo e ansiolítico em indivíduos com diagnóstico de TEPT e na promoção de uma melhor qualidade de vida por meio de uma revisão sistemática de literatura. A metodologia do estudo foi por de uma revisão assistemática com busca eletrônica nas seguintes bases de dados: Medine/PubMed, Bireme e Capes, visando coletar artigos originais publicados em periódicos indexados com fator de impacto. Foram selecionados 30 trabalhos, dos quais 16 foram incluídos e 14 excluídos. Pode-se, verificar que os exercícios físicos têm uma contribuição fundamental na promoção da remissão dos sintomas prejudicados do TEPT bem como de suas principais comorbidades. Isso se deve, principalmente pela capacidade dos exercícios físicos promoverem melhoras nas bases neurobiológicas prejudicadas com o TEPT. The posttraumatic stress disorder (PTSD) is an anxiety disorder characterized by an extremely traumatic stressor revive experienced by a person, or a person close to the family, or a family member. PTSD has become one of the most costly mental disorders, generating productivity losses of more than 3 billion dollars annually worldwide, generating even an often chronic condition which is commonly associated with significant functional impairment and decreased quality of life. So we have to analyze the contribution of aerobic and anaerobic exercise in anxiolytic and antidepressant effect in individuals diagnosed with PTSD and promoting a better quality of life through an systematic literature review. The methodology of the study was for an unsystematic review with electronic search in the following databases: Medine / PubMed, Bireme and Capes, aiming to collect original articles published in indexed journals with impact factor. We selected 30 papers, of which 16 were added and 14 deleted. One can verify that exercise has a major contribution in promoting the remission of PTSD symptoms affected as well as its main comorbidities. This is mainly the ability of exercise to promote improvements in neurobiology affected with PTSD. Dissertação (Mestrado)

Orientadores: Gilson Paulo Manfio, Valeria Maia de Oliveira Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: Trinta linhagens de bactérias acidotermofílicas isoladas do processamento industrial de suco de laranja concentrado congelado (Frozen Concentrated Orange Juice, FCOJ) em diferentes regiões do estado de São Paulo foram estudadas, utilizando-se uma abordagem polifásica, a fim de se determinar a diversidade e potencial deteriogênico destas em processos de produção de FCOJ no país. A caracterização dos isolados envolveu a determinação da capacidade de crescimento e produção de odor em suco reconstituído, análises fenotípicas (padrão de utilização de carboidratos, sistema API 50 CH), quimiotaxonômicas (perfil de FAMES, sistema MIDI) e de caracterização molecular (ARDRA de região espaçadora DNAr 16S-23S com Hae III, Hha I e Msp I, e análise filogenética de DNAr 16S). Todos os isolados foram identificados como pertencentes ao gênero Alicyclobacillus pelos padrões característicos de ácidos graxos. Diferentemente de relatos de literatura, foi confirmada a presença de omega-ciclohexil-C17:0 e omega-ciclohexil-C19:0 em amostras identificadas como A. pomorum. Das 30 amostras ambientais de aliciclobacilos analisadas, 21 foram capazes de se multiplicar em suco de laranja reconstituído após 24 ou 48 h de incubação a 45 °C, mas apenas 10 produziram odor característico de biodeterioração. Seis ribotipos de ARDRA foram obtidos para os isolados, permitindo a alocação destes nas espécies A. acidocaldarius e A. acidoterrestris, e em grupos relacionados a espécies válidas designados como A. acidocaldarius-like e A. pomorum-like Abstract: Thirty strains isolated from industrial processing of frozen concentrated orange juice (FCOJ) in different regions of the state of São Paulo were studied using a polyphasic approach with the goal of determining the diversity and deteriogenic potential of isolates from FCOJ production in Brazil. Characterization of isolates involved determining their ability to grow and produce odor in reconstituted orange juice, and phenotypic (carbohydrate utilization, API 50 CH), chemotaxonomic (FAMES, MIDI system) and molecular analyses (ARDRA of 16S-23S rDNA spacer region, Hae III, Hha I and Msp I, and 16S rDNA phylogenetic analysis). All isolates were identified as Alicyclobacillus spp. according to the characteristic fatty acid patterns. Contrary to literature data, omega-cyclohexyl-C17:0 and omega-cyclohexyl-C19:0 were confirmed in samples identified as A. pomorum. From the 30 environmental alicyclobacili samples analyzed, 21 were able to grow in reconstituted orange juice after 24 or 48 hs incubation at 45 °C, but only 10 isolates yielded a characteristic biodeterioration odor. Six ARDRA patterns were obtained for the isolates analyzed, enabling them to be assigned to A. acidocaldarius and A. acidoterrestris, and to groups related to valid species named A. acidocaldarius-like and A. pomorum-like Doutorado Doutor em Ciência de Alimentos

Orientador: Gilson Paulo Manfio Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Doutorado Doutor em Ciência de Alimentos

Orientador: Valeria Maia Merzel Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: O hidrogênio é apontado como o candidato mais promissor para substituição do combustível fóssil devido a sua maior eficiência na conversão de energia útil e ausência de emissão de substâncias tóxicas. A produção de hidrogênio a partir de resíduos orgânicos é realizada por meio de digestão anaeróbica, tornando-se uma alternativa ecologicamente correta para atender à futura demanda por hidrogênio. No entanto, os micro-organismos e os processos metabólicos envolvidos estão longe de serem exaustivamente caracterizados. Nesse trabalho, amostras de uma planta de tratamento de esgoto doméstico foram analisadas em dois estudos complementares visando à caracterização de sua diversidade filogenética e a descrição de novas hidrogenases. O primeiro trabalho combinou a análise dos genes de RNAr 16S e FeFehidrogenase (hydA) com ferramentas estatísticas para estimar a riqueza e diversidade da comunidade procariótica em nível filogenético e funcional. As análises filogenéticas e de diversidade das bibliotecas gênicas demonstraram que todas as sequências de arquéias foram afiliadas a Euryarchaeota não cultivadas e, com relação ao Dominio Bactéria, Proteobacteria foi grupo filogenético predominante apresentando os maiores índices de diversidade e riqueza. As sequências putativas de hydA foram identificadas como sequências de genes de FeFehidrogenases ainda não descritas. Na segunda abordagem, a biblioteca metagenômica de fosmideo construída nesse estudo foi analisada empregando a tecnologia de pirosequenciamento 454 e resultou em aproximadamente 218 Mb de dados. Os três diferentes classificadores aplicados permitiram uma visão geral dos grupos taxonômicos mais abundantes devido ao enorme número de sequências metagenômicas não classificadas. Contudo, análises taxonômicas revelaram Gammaproteobacteria e Deltaproteobacteria, respectivamente, como as classes taxonômicas predominantes, enquanto que as espécies do gênero Methanospirillum foram dominantes entre as arquéias metanogênicas. A análise do metabolismo da comunidade microbiana através das bases de dados COG e Carma revelou que a degradação da biomassa depende de diferentes grupos filogenéticos, como por exemplo, Bacteroidia e Gammaproteobacteria, os quais foram indicados como envolvidos na degradação de carboidratos e proteínas, respectivamente. Além disso, as análises sugerem Clostridia e Methanomicrobiales e Methanosarcinales como principais micro-organismos produtores de hidrogênio e metano, respectivamente. As análises das seis sequências codificantes de FeFehidrogenase identificadas no conjunto de dados metagenômicos revelaram que essas representam novas sequências do gene alvo. Contudo, quatro dessas sequências foram identificadas na biblioteca de fosmídeo pela triagem gênica baseada no uso de PCR. O conjunto de resultados obtido nesse estudo permitiu elucidar a composição e o potencial metabólico dos micro-organismos residentes na planta de tratamento de esgoto analisada e sugere esse ambiente como um reservatório potencial de novos genes de hidrogenases para a exploração biotecnológica Abstract: Hydrogen appears to be the most promising candidate for the replacement of fossil fuel due to its potentially higher efficiency of conversion to usable power and no toxic emission production. The production of hydrogen from organic wastes is performed through the anaerobic digestion, making it an environmentally friendly alternative for satisfying future hydrogen demands. Nonetheless, the microorganisms and metabolic processes involved are far from being exhaustively characterized. In this work, samples of a domestic sewage treatment plant were analyzed in two complementary studies aiming at the characterization of its phylogenetic diversity and the description of new hydrogenases. The first one, combined the analysis of 16S rRNA and [FeFe]-hydrogenase (hydA) genes with statistical tools to estimate richness and diversity of the prokaryotic community at the phylogenetic and functional levels. Phylogenetic analysis showed that all archaeal sequences were affiliated with yet uncultured Euryarchaeota and that Proteobacteria were the most predominant and diversified phylogenetic group within the bacterial library. The putative hydA sequences were identified as hitherto undetected [Fe-Fe]- hydrogenase gene sequences. Diversity statistical analysis confirmed a great richness and diversity of bacterial and hydA sequences retrieved from the sewage sludge sample. In the second approach, a fosmid metagenomic library was constructed and analyzed employing 454- pyrosequencing technology, resulting in approximately 218 Mb of data. Three different classifiers applied allowed a broad overview of the most abundant taxonomic groups due to a huge number of metagenome reads remained unidentified. However, taxonomic analysis revealed Gammaproteobacteria and Deltaproteobacteria, respectively, as the most abundant classes, whereas species of the genus Methanospirillum were dominant among methanogenic Archaea. The analyzes of the microbial community metabolism by means of COG and Carma databases revealed that the degradation of biomass depends on different phylogenetic groups, for instance, Bacteroidia and Gammaproteobacteria were indicated as involved into the degradation of carbohydrate and proteins. Furthermore, the analysis suggested Clostridia and Methanomicrobiales and Methanosarcinales as the main microorganisms producing hydrogen and methane, respectively. Analysis of the six coding sequences of FeFe-hydrogenases identified into the dataset revealed that they represented novel target gene sequences. However, only four of these coding sequences could be detected into the fosmid library by PCR screening. The combined results obtained in this study allowed us to have an insight of the composition and potential metabolism of the microbes residing in the analyzed domestic sewage treatment plant and suggested such environment as a potential reservoir for new hydrogenase genes to biotechnological exploration Doutorado Genética de Microorganismos Doutora em Genética e Biologia Molecular

Orientador: Valéria Maia Merzel Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: Um bioma é uma unidade geográfica caracterizada de acordo com seu tipo de vegetação, macro-clima, solo e altitude específica. Em contraste, o microbioma é a totalidade de micro-organismos e seus genomas coletivos presentes em um dado ambiente. Embora as comunidades microbianas de solo demonstrem grande variação quando comparadas em diferentes escalas espaciais em um mesmo espaço amostral, o microbioma desses solos parecem ser direcionados de acordo com algumas características biogeográficas. A fim de investigar a convergência taxonômica e funcional em solos pertencentes ao mesmo tipo de bioma, trinta metagenomas disponíveis publicamente foram selecionados a partir de 11 biomas globais e agrupados com base nas características da vegetação (ou seja, floresta, pastagem, tundra, semi-árido e deserto). As análises funcionais revelaram um padrão entre os grupos de biomas, nos quais biosíntese de proteínas, metabolismo central dos carboidratos, e resistência a antibióticos foram os metabolismos com diferenças estatisticamente mais significativas baseado na anotação dos subsistemas do SEED. A fim de proporcionar uma melhor resolução analítica desses metabolismos, as sequências metagenômicas foram anotadas utilizando os bancos de dados de enzimas ativas em carboidratos (Cazy), de genes de resistência a antibióticos (ARDB) e, adicionalmente, de proteínas de choque térmico (HSPIR). A análise de enzimas ativas em carboidratos mostrou que a degradação da biomassa, metabolismo da sacarose e do amido, síntese da parede celular e degradação de alginato foram mais abundantes em solos florestais e em pastagens. Como esperado, genes de resistência à dessecação e a outros estresses foram mais abundantes em solos de desertos e semi-áridos. Genes de resistência a antibióticos (ARGs) foram predominantes em solos florestais e de pastagem, onde a resistência a multidrogas a partir de bombas de efluxo foram as classes mais abundantes, com a maior parte das sequências anotadas taxonomicamente como afiliadas a Proteobacteria. Proteínas de choque térmico (HSPs) foram mais abundantes em solos de tundra, semi-áridos e desertos. Embora HSP70 e Hsp100 tenham se mostrado uniformemente distribuídas entre os biomas, HSP90 foi estatisticamente mais abundante em solos de florestas e pastagens em comparação aos outros grupos de biomas. Ainda, HSP60 e HSP20, que foram predominantemente anotadas para o domínio de arquéias, foram mais abundantes nos solos de deserto salino. Nossos resultados sugerem que as condições ambientais locais regem o enriquecimento de funções específicas importantes para a sobrevivência dos micro-organismos nesses ecossistema Abstract: Biome is a geographical unit characterized according to its vegetation type, macro-climate, soil, and specific altitude. In contrast, a microbiome is the totality of microorganisms and their collective genetic material present in a given environment. Although soil microbial communities have shown to vary across many spatial scales, soils between ecosystems showed to be driven by some biogeographical trends. In order to investigate taxonomic and functional convergence within soils from the same biome type, thirty publically-available metagenomes from 11 globally distributed biomes were selected and clustered by biome groups (i.e. forest, grassland, tundra, semiarid and desert) based on vegetation features. Functional analyses revealed a close pattern among biome groups, in which protein biosynthesis, central carbohydrate metabolism, and antibiotic resistance were the most statistically different metabolisms annotated by SEED subsystems. In order to provide a better analytical resolution of those metabolisms, metagenomic reads were annotated using the Carbohydrate-Active enZYmes database (Cazy), Antibiotic Resistance gene DataBase (ARDB) and, additionally, the Heat Shock Protein Information Resource (HSPIR). Carbohydrate-active enzyme analyses showed that biomass degradation, sucrose and starch metabolism, cell wall biosynthesis and alginate degradation were overrepresented in forest and grasslands soils. As expected, desiccation and other stress resistance genes were more abundant in deserts and semiarid soils. Antibiotic Resistance Genes (ARGs) were prevalent in forest and grassland soils, where multidrug efflux pumps were the most abundant ARG class, with the majority of the reads assigned to Proteobacteria. Heat Shock Proteins (HSPs) were more abundant in tundra, semiarid and desert soils. Although HSP70 and HSP100 were uniformly distributed across biomes, HSP90 were overrepresented in forest and grassland soils when compared to others biomes groups. HSP60 and HSP20, which are predominantly from Archaea, were more abundant in the saline desert soils. Our results suggest that local environmental conditions select for the enrichment of specific functions important for microbial survival in those ecosystems Doutorado Bioinformática Doutora em Genética e Biologia Molecular CAPES CNPQ

Orientadores: Laura Maria Mariscal Ottoboni, Tatiana Teixeira Torres Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: A contaminação fecal dos corpos hídricos é uma das principais causas de doenças entéricas veiculadas pela água no mundo, sendo importante efetuar a vigilância da água, a qual é feita utilizando-se micro-organismos indicadores de contaminação fecal. No entanto, os métodos tradicionais de detecção não são capazes de identificar a fonte de contaminação fecal. Este trabalho teve como objetivo a prospecção de marcadores moleculares nos hospedeiros e sua detecção em amostras de água de modo a permitir sua utilização na identificação de fontes de contaminação fecal em águas superficiais no Estado de São Paulo. Duas abordagens dependentes de biblioteca e cultivo, a classificação por meio de grupos filogenéticos e a técnica de MALDI-TOF/MS, foram utilizadas com linhagens de E. coli isoladas de diferentes hospedeiros e rios e reservatórios. O sequenciamento da região V3 do gene 16S ribossomal foi selecionado como o método independente de biblioteca e cultivo em DNA extraído de amostras de fezes humanas e bovinas e amostras de água. Os grupos filogenéticos foram utilizados na classificação dos hospedeiros utilizando análise de correspondência, onde foram observados agrupamentos por hábitos alimentares. A classificação das linhagens de E. coli isoladas de rios e reservatórios, sugere que a prevalência do subgrupo A1, seguido do subgrupo B23 está associada com contaminação de origem humana, enquanto o grupo B1 com contaminação de origem animal e os subgrupos D1 e D2 mais relacionados com ambientes prístinos. Na utilização de uma métrica de análise de rede social, w-clique, na distribuição dos grupos filogenéticos foi observado o agrupamento dos locais de amostragem associados ao grau de poluição, sugerindo seu uso como uma ferramenta complementar na avaliação da qualidade da água. Foram analisados os perfis proteicos de linhagens de E. coli de hospedeiros e amostras ambientais pela técnica de MALDI-TOF/MS. Foram identificados biomarcadores hospedeiro-específicos e sugerem sua utilização como potencial ferramenta na identificação da origem do hospedeiro. Os resultados da validação desses marcadores com perfis proteicos de linhagens de E. coli isoladas de rios e reservatórios mostraram que as amostras de água apresentaram marcadores de diferentes hospedeiros, sugerindo que esses rios possuam fontes de contaminação fecal mistas. No sequenciamento da região V3 do gene 16S ribossomal de amostras de fezes (humanas e bovinas) e águas foram identificadas 4.296 unidades taxonômicas operacionais (OTUs) . A maior diversidade foi observada nas amostras de fezes bovinas e a menor na amostra de água de ambiente prístino. Firmicutes foi o grupo predominante nas amostras de fezes humanas, enquanto que nas fezes bovinas foram os Firmicutes e Bacteroidetes. Nas amostras de água, o filo mais abundante foi Proteobacteria. A rede de interação entre as OTUs encontradas nas amostras também mostrou que as amostras de fezes apresentaram maior diversidade e entre as amostras de água, aquela com poluição de origem humana foi a que apresentou maior diversidade. Houve identificação de biomarcadores pelo método LEfSe para humanos (Actinobacteria, Betaproteobacteria e Firmicutes) e bovinos: (Bacteroidetes, Tenericutes e Spirochaetes). Marcadores hospedeiro-específicos foram identificados, mas esses não foram encontrados nas amostras de água sugerindo que as ferramentas utilizadas não apresentam a resolução para identificar os marcadores nas amostras ambientais ou que a contaminação nos corpos hídricos é mista. Adicionalmente, como os marcadores hospedeiro-específicos são oriundos de micro-organismos não autóctones, estes poderiam sofrer os efeitos adversos do ambiente, como fatores físico-químicos e competição com os organismos nativos Abstract: The fecal contamination of water resources is the main cause of enteric waterborne diseases all over the world. Traditional indicator methods used in the water microbiological quality assessment are not able to identify fecal contamination source. This work intended to prospect molecular markers in hosts and track them in water samples to identify pollution sources in surface waters in the São Paulo State, Brazil. Two library-dependent methods with E. coli strains isolated from different hosts and water samples were used, a genotypic typing method (E. coli phylogenetic groups) and a phenotypic typing method (MALDI-TOF/MS). A library-independent method using 454 pyrosequencing of hypervariable16S rRNA gene V3 region was used in DNA from feces and water samples. Phylogenetic groups were used as a tool in host classification and correspondence analysis showed feeding habits clusters. The classification of environmental samples revealed higher frequencies of subgroups A1 and B23 in rivers impacted by human pollution sources, while subgroups D1 and D2 were associated with pristine sites, and subgroup B1 with domestic animal sources, indicating their use as a first screening for pollution source identification. A simple classification is proposed based on phylogenetic subgroup distribution using the w-clique metric, enabling differentiation of polluted and unpolluted sites. Protein profiles of E. coli strains isolated from host and water samples were analyzed by MALDI-TOF/MS. Specific host biomarkers were identified and their use was indicated as a potential tool for the source tracking. Validation with E. coli strains isolated from rivers and reservoirs showed that water samples presented markers from different hosts, suggesting these rivers have mixed sources of fecal contamination. Sequencing of the 16S rRNA V3 region in stool samples (human and bovine) and water showed 4296 operational taxonomic units (OTUs). The greatest diversity was observed in samples of cattle feces and the smallest one in the pristine water sample. Firmicutes was the predominant group in samples of human feces, while in the most common bovine feces are the Firmicutes and Bacteroidetes. The interaction network showed that the stool samples had the greatest diversity and, among them, the water sample with human pollution source showed the highest diversity. The LEfSe method was used to identify host biomarkers. As human biomarkers, Actinobacteria, Betaproteobacteria and Firmicutes were identified and for cattle the potential markers are Bacteroidetes, Tenericutes and Spirochaetes. Host-specific markers were identified, but they were not found in water samples suggesting that the used tools either do not have the resolution to identify markers in environmental samples or contamination in water bodies is mixed. Additionally, as the host-specific markers were isolated from non-autochthonous micro-organisms, they could be affected by the environmental adverse effects such as physical-chemical factors and competition with native organisms Doutorado Microbiologia Doutora em Genética e Biologia Molecular

Orientadores: Valéria Maia Merzel, Anete Pereira de Souza Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: Os manguezais são ecossistemas peculiares de alta atividade biológica, considerados um dos ambientes mais ricos do mundo. No Brasil, os manguezais ainda são pouco estudados, tornando o conhecimento e exploração de micro-organismos e seus metabólitos nesses ecossistemas um tópico importante. Os manguezais são ambientes adversos, caracterizados, em muitos casos, pela alta salinidade, variações constantes de pH e temperatura, e condições anóxicas. Micro-organismos adaptados à essas condições podem ser fontes de moléculas bioativas ainda desconhecidas e de interesse ambiental e econômico. Neste contexto, o presente trabalho teve como um dos objetivos analisar a diversidade taxonômica e funcional presente em sedimento de manguezal contaminado com petróleo através do sequenciamento de uma biblioteca metagenômica construída em vetor do tipo fosmídio. As análises taxonômicas da biblioteca metagenômica mostraram predominância do filo Proteobacteria, seguido por Actinobacteria, Planctomycetes, Firmicutes, Cloroflexi e Bacteroidetes. Em nível de classe, a mais abundante foi Gamaproteobacteria, seguida de Alfaproteobacteria e Deltaproteobacteria. A diversidade taxonômica se reflete na diversidade metabólica, com espécies capazes de degradar hidrocarbonetos, oxidar enxofre em zonas de transição oxica-anóxica costeiras, transformar metais pesados e outros compostos xenobióticos, dentre outras habilidades. Em adição, foram realizadas triagens funcionais com 4.800 clones da biblioteca e 215 isolados bacterianos para esterase e lipase, 5.184 clones para atividade proteolítica e os genomas de duas bactérias foram analisados in silico na busca de genes que codificam para atividade de catalase. As triagens dos clones resultaram em 17 hits positivos para esterases que posteriormente se revelaram falsos-positivos, e 182 hits positivos para proteases nos ensaios com sondas, sendo 60 hits positivos no pH 4,0, 55 no pH 7,0 e 67 no pH 9,0. Nos ensaios com isolados de bactérias foram detectados 42 com atividade de esterase e 20 com atividade de lipase, sendo que a melhor atividade de esterase foi obtida com um isolado de Gordonia sp. e a melhor atividade de lipase foi obtida para um isolado de Bacillus safensis. Estes dois isolados já possuem seus genomas sequenciados e uma análise in silico foi realizada para busca dos respectivos genes de atividade lipolítica. Na busca in silico por catalases foi selecionada uma sequência completa para ensaios de expressão. Foram desenhados pares de primers para amplificação dos genes das três enzimas e, destes, os genes da lipase e da catalase foram expressos, ambos do Bacillus safensis. A caracterização funcional e estrutural foi realizada com a catalase, cujo gene possui 1500 pb, é um tetrâmero composto por 4 monômeros de 59 kDa cada, ativa em intervalo de pH de 6,0 a 12 e temperaturas de 25 ºC a 55 ºC, com atividade ótima em pH 10 e 30 ºC e estável até 40 ºC. Os resultados mostraram que o mangue impactado é composto por populações microbianas adaptadas ao ambiente, e também responsáveis pela degradação de compostos xenobióticos, auxiliando na sua recuperação. A abordagem metagenômica foi bem sucedida nas triagens funcionais para proteases, indicando um grande potencial proteolítico no ambiente. As triagens funcionais com os isolados mostraram a presença de enzimas lipolíticas ativas, e a catalase expressa exibiu características funcionais interessantes, tais como atividade ótima em pH 10 e estabilidade térmica até 40 ºC, com potencial aplicação industrial Abstract: Mangroves are unique ecosystems of high biological activity and are considered one of the richest environments in the world. In Brazil, mangroves are still poorly studied, making the knowledge of microorganisms and their metabolites in these ecosystems an important topic. Mangroves are harsh environments characterized, in many cases, by high salinity, high pH and temperature variations, and anoxic conditions. Microorganisms adapted to these conditions may be sources of yet unknown bioactive molecules of environmental and economic interest. In this context, one of the objectives of the present study was to analyze the taxonomic and functional diversity present in mangrove sediment contaminated with oil through the sequencing of a metagenomic library constructed using fosmid vector. The taxonomic analysis of the metagenomic library showed predominance of Proteobacteria phylum, followed by Actinobacteria, Planctomycetes, Firmicutes, Chloroflexi and Bacteroidetes. At class level, the most abundant was Gammaproteobacteria, followed by Alphaproteobacteria and Deltaproteobacteria. The taxonomic diversity is reflected in the metabolic diversity, with species capable of degrading hydrocarbons, oxidizing sulfur in oxic-anoxic coastal transition zones, transforming heavy metals and other xenobiotic compounds, among other skills. In addition, functional screenings were performed with 4,800 fosmid clones and 215 bacterial isolates for esterases and lipases, and with 5,184 clones for proteolytic activity and the genomes of two bacteria were analyzed in silico to search for genes encoding catalase activity. The screening of the clones resulted in 17 positive hits for esterases that later proved to be false-positive, and 182 positive hits for proteases using probe-based assays: 60 positive hits at pH 4.0, 55 at pH 7.0 and 67 at pH 9.0. Tests with bacterial isolates yielded 42 positive hits for esterase activity and 20 for lipase activity. The best esterase activity was obtained with one isolate of Gordonia sp. and the best lipase activity was obtained with one isolate of Bacillus safensis. These two isolates have their genomes already sequenced and in silico analyses were performed in the search for the respective genes of lipolytic activity. In silico analysis for catalase genes was performed and a complete sequence was selected for expression assays. Primer pairs were designed to amplify the genes encoding the three enzymes, and of these, lipase and catalase were expressed, both from Bacillus safensis. The functional and structural characterization was carried out with catalase, which gene has 1500 bp, it is a tetramer composed of four monomers of 59 kDa each, active in the pH range from 6.0 to 12 and temperatures of 25 °C to 55 °C, with optimum activity at pH 10 and 30 °C and stable until 40 ºC. The results showed that oil-impacted mangrove is composed by microbial populations adapted to the environment, responsible for the degradation of xenobiotics and assisting in the recovery of the mangrove. The metagenomics approach was successful in the functional screening for proteases, indicating a great proteolytic potential in the environment. Functional screening with the bacterial isolates showed presence of active lipolytic enzymes, and the expressed catalase exhibited unique functional characteristics, such as optimal activity at pH 10 and thermal stability until 40 ºC, with potential industrial application Doutorado Genética de Microorganismos Doutora em Genética e Biologia Molecular FAPESP

Orientadores: Anete Pereira de Souza, Valéria Maia Merzel Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: O resumo poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: The complete abstract is available with the full electronic document Doutorado Genética de Microorganismos Doutora em Genética e Biologia Molecular

Orientador: Valéria Maia Merzel Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: A água residuária da extração de petróleo é altamente salina e contém uma mistura complexa de hidrocarbonetos, muitos dos quais são altamente tóxicos. Com o aumento da preocupação em preservar o meio ambiente, as tecnologias baseadas em processos biológicos para o tratamento das águas de efluentes estão recebendo atenção especial por serem mais econômicas e versáteis. No entanto, tais processos são influenciados por fatores, tais como: pH, temperatura, salinidade e pressão. Condições extremas destes fatores podem matar ou inibir espécies que não estejam adaptadas. O presente trabalho teve como objetivos identificar e caracterizar 141 bactérias isoladas de águas de produção e lodos ativados do Terminal Marítimo Almirante Barroso (TEBAR-SP) utilizando técnicas de taxonomia molecular, e avaliar o potencial de biodegradação frente a distintos hidrocarbonetos do petróleo, sob condições de hipersalinidade. O DNA genômico extraído de todos os isolados foi utilizado em reação de PCR para amplificação do gene que codifica para o RNAr 16S. O sequenciamento e a análise filogenética do gene RNAr 16S revelaram que estes isolados pertenciam a 20 gêneros distintos, Idiomarina (48), Halomonas (32), Marinobacter (20), Modicisalibacter (3), Arhodomonas (2), Vibrio (1), Pseudoalteromonas (1), Shewanella (1), Alcanivorax (3), Nitratireductor (2), Marispirillum (2), Thioclava (1), Martelella (2), Pusillimonas (2), Brevibacterium (6), Dietzia (3), Rhodococcus (2), Bacillus (2), Staphylococcus (2) e Salegentibacter (4). O método de tipagem molecular RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA) foi utilizado para diferenciar os isolados em nível infra-específico, permitindo identificar 49 perfis genéticos diferentes entre os 141 isolados. Os resultados obtidos no presente estudo demonstraram uma alta diversidade taxonômica da fração cultivada da comunidade de bactérias aeróbias presente em águas de produção e lodos ativados, assim como uma alta capacidade dos isolados para suportar concentrações elevadas de salinidade. A habilidade dos isolados para degradar hidrocarbonetos sob condições de hipersalinidade foi avaliada por cromatografia gasosa. Os resultados evidenciaram a preferência das bactérias pela biodegradação de hidrocarbonetos aromáticos Abstract: The wastewater from oil extraction is highly saline and contains a complex mixture of hydrocarbons, many of which are highly toxic. With the increasing concern to preserve the environment, technologies based on biological processes for the treatment of wastewater are receiving special attention, since they are more economical and versatile, however, such processes are influenced by factors such as pH, temperature, salinity and pressure. Extreme conditions of these factors can kill or inhibit species not adapted to such environments. This study aimed to identify and characterize 141 bacteria isolated from production water and activated sludge derived from Ferry Terminal Almirante Barroso (TEBAR-SP) using molecular taxonomy techniques, and to evaluate the potential for biodegradation of distinct oil hydrocarbons under hypersaline conditions. Genomic DNA extracted from all isolates were used in PCR reactions for amplification of the gene coding for 16S rRNA. The sequencing and phylogenetic analysis of the 16S rRNA gene revealed that these isolates belonged to the following 20 different genera: Idiomarina (48), Halomonas (32), Marinobacter (20), Modicisalibacter (3), Arhodomonas (2), Vibrio (1), Pseudoalteromonas (1), Shewanella (1), Alcanivorax (3), Nitratireductor (2), Marispirillum (2), Thioclava (1), Martelella (2), Pusillimonas (2), Brevibacterium (6), Dietzia (3), Rhodococcus (2), Bacillus (2), Staphylococcus (2) and Salegentibacter (4). The molecular typing method RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA) was used to differentiate isolates at the infra-specific level, allowing the identification of 49 different genetic profiles out of 141 isolates. The results obtained in this study demonstrated a high taxonomic diversity of the cultivated fraction of the aerobic bacterial community present in production waters and activated sludge, as well as a high capacity of the individual members to support high levels of salinity. The ability of the isolates to degrade hydrocarbons under hypersaline conditions was evaluated by gas chromatography. The results showed the preference of bacteria by biodegradation aromatic hydrocarbon compounds Mestrado Genética de Microorganismos Mestre em Genética e Biologia Molecular

Orientadores: Laura Maria Mariscal Ottoboni, Renato Vicentini dos Santos Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: A mineração é um importante setor econômico brasileiro que envolve grande concentração de capital e está em constante crescimento. A drenagem de mina é a principal perturbação ambiental causada pelas diferentes etapas de mineração e compromete a qualidade do solo, da água superficial e subterrânea e, consequentemente, toda a biodiversidade. A drenagem consiste em uma solução percolante rica em metais pesados, ferro e enxofre. Apesar de suas caracteristicas extremas, a drenagem de mina fornece um ambiente favorável para o crescimento de diversos micro-organismos os quais podem ser usados em tecnologias como a biorremediação, a biolixiviação e outras aplicações. Neste trabalho, foi realizado o pirosequenciamento do gene rRNA 16S de seis amostras de solo em um canal de drenagem neutra de mina e seis amostras de solo ao lado do canal para avaliar diferenças na composição, estrutura e diversidade das comunidades bacterianas desses ambientes na mina de cobre do Sossego, Brasil. Os parâmetros químicos, as análises de similaridade ANOSIM, escalonamento multidimensional não métrico (MDS) e a comparação entre os índices de diversidade revelaram uma diferença entre as amostras de solo e drenagem em termos de composição e estrutura da comunidade, mas não em riqueza de espécies. Análises estatísticas mostraram que o filo Deinococcus/Thermus, especialmente o gênero Meiothermus, foi em grande parte responsável pelas diferenças entre as comunidades, e foi positivamente associado com a presença de cobre e outros metais pesados nas amostras ambientais. Outros parâmetros importantes que influenciaram a diversidade e composição bacteriana foram os elementos potássio, sódio, níquel e zinco, bem como o pH. Análises estatísticas e da microbiota núcleo da comunidade bacteriana da drenagem revelaram que a comunidade variou ao longo do canal de escoamento em estrutura e diversidade de espécies. A comunidade da drenagem apresentou uma OTU (Unidade Taxonômica Operacional) generalista, identificada como Meiothermus e nenhuma OTU especialista foi encontrada. A microbiota da drenagem é basicamente formada por bactérias heterotróficas, com gupos resistentes a metais e à sal e com potencial para a degradação de diversos compostos xenobióticos, além de apresentar grupos bacterianos ainda pouco caracterizados. A comunidade bacteriana do solo, assim como a comunidade da drenagem, também variou ao longo do canal. Foram encontradas duas OTUs generalistas e duas OTUs especialistas. A microbiota do solo é basicamente formada por bactérias heterotróficas, com alguns grupos resistentes a metais. No entanto, grande parte da microbiota núcleo desse ambiente permanece pouco caracterizada. Os resultados obtidos contribuem para a compreensão da diversidade bacteriana em solos impactados por drenagem neutra de mina, e demonstram que os metais pesados têm um papel importante na formação da comunidade microbiana nesse tipo de ambiente Abstract: Mining is an important and constantly growing Brazilian economic sector that involves large investiments. Mine drainage is an important environmental disturbance caused by the different steps of the mining and compromises the quality of soil, surface water, and underground water bodies, hence affecting the biodiversity. Mine drainage consists in a percolating solution that is rich in heavy metals, iron and sulfur. Despite the extreme characteristics, the mine drainage provides a favorable environment for many microorganisms that can be used in bioremediation, bioleaching and others applications. In this work, a pyrosequencing approach of the 16S rRNA gene, of six soil samples from a neutral drainage channel and six soil samples next to the channel, was used to evaluate differences in composition, structure, and diversity of bacterial communities at the Sossego¿s copper mine in Brazil. The chemical parameters, the analyses of similarity ANOSIM, non-metric multidimensional scaling and the comparison of the diversity indices revealed differences between the drainage and the soil samples in composition and structure of the microbial community, but not in their species richness. The statistical analysis showed that the phylum Deinococcus/Thermus, especially the Meiothermus genus, was in large part responsible for the differences observed between the communities, and was positively associated with the presence of copper and other heavy metals in the environmental samples. Other important parameters that influenced the bacterial diversity and composition were the elements potassium, sodium, nickel and zinc, as well as the pH. Statistical analysis of the Shannon index and the analysis of the core microbiota of the drainage¿s bacterial community revealed that it changed along the flow channel in structure and diversity. The community of the drainage presented one generalist OTU (Operational Taxonomic Unit), identified as Meiothermus and no specialist OTU was founded. The microbiota of the drainage was basically formed by heterotrophic bacteria, with groups resistant to metals and salt and with the potential for degradation of a large number of xenobiotic compounds. Bacterial groups poorly characterized were also identified. Analyses of the soil samples revealed a heterogeneous bacterial community. Two generalist OTUs and two specialist OTUs were found. The soil microbiota was basically formed by heterotrophic bacteria, with some groups resistant to metals, however, much of the core microbiota of that environment remains poorly characterized. These findings contribute to the understanding of bacterial diversity in soils impacted by neutral mine drainage, and demonstrate that heavy metals play an important role in shaping the microbial community in mine environments Mestrado Genética de Microorganismos Mestra em Genética e Biologia Molecular

Orientador: Valéria Maia Merzel Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Insituto de Biologia Resumo: Estudos realizados em reservatórios de petróleo têm evidenciado que parte da microbiota associada a este tipo de ambiente é representada por bactérias e arqueias de distribuição geográfica bastante ampla e que diversos destes organismos têm potencial para transformar compostos orgânicos e inorgânicos, atuando na interface óleo-água dos reservatórios. A investigação de micro-organismos com potencial para biodeterioração, biodegradação e biocorrosão encontrados em depósitos petrolíferos é de grande importância, uma vez que estes organismos podem estar relacionados com a perda da qualidade do petróleo nos reservatórios e etapas subseqüentes de exploração. Este estudo teve como finalidade comparar a microbiota presente em amostras de óleo de dois poços de petróleo terrestres da Bacia Potiguar (RN), identificados como GMR75 (poço biodegradado) e PTS1 (poço não-biodegradado). As comunidades microbianas foram estudadas usando técnicas de cultivo (enriquecimentos microbianos e isolamento) e independentes de cultivo (construção de bibliotecas de genes RNAr 16S). Os micro-organismos cultivados de ambos os poços mostraram-se afiliados aos filos Actinobacteria, Firmicutes e Proteobacteria. As bibliotecas de gene RNAr 16S foram construídas a partir de DNA total extraído do petróleo bruto. Ambas as bibliotecas de bactérias revelaram uma grande diversidade, com 8 filos diferentes para o poço GMR75, Actinobacteria, Bacteroidetes, Deferribacteres, Spirochaetes, Firmicutes, Proteobacteria, Thermotoga e Synergistetes, e 5 filos para o poço PTS1, Actinobacteria, Chloroflexi, Firmicutes, Proteobacteria e Thermotogae. A biblioteca de genes RNAr 16S de arqueias só foi obtida para o poço GMR75 e todos os clones encontrados mostraram-se relacionados a membros da ordem Methanobacteriales. Os resultados de diversidade sugerem que a metanogênese é o processo terminal dominante no poço, o que indica uma biodegradação anaeróbia. A comparação dos estudos dependente e independente de cultivo mostrou que alguns gêneros, como Janibacter, Georgenia, Saccharopolyspora, Tessaracoccus, Brevundimonas e Brachymonas não foram encontradas na abordagem independente de cultivo, sugerindo que mais clones devam ser seqüenciados para cobrir toda a diversidade presente na amostra. Nossa hipótese de que poderia haver algum agente antimicrobiano inibindo o crescimento de bactérias degradadoras de hidrocarbonetos no poço não-biodegradado não foi confirmada. No entanto, durante os testes realizados, uma bactéria, Bacillus pumilus, isolada em estudos anteriores de reservatórios da Bacia de Campos, apresentou resultados positivos de inibição para todas as linhagens testadas como indicadoras, e os testes de caracterização do composto revelaram ser este um diterpeno da classe das Ciatinas. Abstract: Recent studies from oil fields have shown that microbial diversity is represented by bacteria and archaea of wide distribution, and that many of these organisms have potential to metabolize organic and inorganic compounds. The potential of biodeterioration, biodegradation and biocorrosion by microorganisms in oil industry is of great relevance, since these organisms may be related with the loss of petroleum quality and further exploration steps. The aim of the present study was to compare the microbial communities present in two samples from terrestrial oil fields from Potiguar basin (RN - Brazil), identified as GMR75 (biodegraded oil) and PTS1 (non-biodegraded oil). Microbial communities were investigated using cultivation (microbial enrichments and isolation) and molecular approaches (16S rRNA gene clone libraries). The cultivated microorganisms recovered from both oil-fields were affiliated with the phyla Actinobacteria, Firmicutes and Proteobacteria. The 16S rRNA gene clone libraries were constructed from metagenomic DNA obtained from crudeoil. Both bacterial libraries revealed a great diversity, encompassing representatives of 8 different phyla for GMR75, Actinobacteria, Bacteroidetes, Deferribacteres, Spirochaetes, Firmicutes, Proteobacteria, Thermotogae and Synergistetes, and of 5 different phyla, Actinobacteria, Chloroflexi, Firmicutes, Proteobacteria and Thermotoga, for PTS1. The archaeal 16S rRNA clone library was obtained only for GMR75 oil and all phylotypes were affiliated with order Methanobacteriales. Diversity resuts suggest that methanogenesis is the dominant terminal process in GMR75 reservoir, driven by anaerobic biodegradation. The cross-evaluation of culture-dependent and independent techniques indicates that some bacterial genera, such as Janibacter, Georgenia, Saccharopolyspora, Tessaracoccus, Brevundimonas and Brachymonas, were not found using the the 16S rRNA clone library approach, suggesting that additional clones should be sequenced in order to cover diversity present in the sample. Our hypothesis that biodegrading bacterial populations could be inhibited by antimicrobialproducing microorganisms in the non biodegraded oil field (PTS1) was not confirmed. However, one Bacillus pumilus strain, previously isolated from Campos Basin reservoirs, showed positive results in inhibitory tests for all indicator strains. Chemical analyses allowed us to identify the compound as a diterpen from the Cyathin class. Mestrado Genética de Microorganismos Mestre em Genética e Biologia Molecular

Orientadores: Valéria Maia Merzel, Cynthia Canedo da Silva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: Caracterização e monitoramento de populações de micro-organismos nitrificantes em lodo salino proveniente de terminal petrolífero". A indústria petroleira, em seus diferentes processos e unidades, é grande consumidora de água. No processo de separação água-óleo que ocorre nos terminais marítimos aquaviários, é gerada água de produção com altas concentrações de amônia. Lodos ativados são utilizados para remoção do nitrogênio amoniacal e outros poluentes, para que a água retorne para os corpos receptores dentro dos limites estabelecidos pela legislação. O efluente pode chegar aos tanques de tratamento com altas concentrações salinas, o que compromete a nitrificação, principalmente quando está em questão o tratamento da água de produção de campos hipersalinos de exploração. Assim, é de grande importância que os micro-organismos responsáveis pela remoção de nitrogênio amoniacal, sejam caracterizados e monitorados quando submetidos a diferentes concentrações salinas, a fim de que continuem realizando o seu papel transformador neste ambiente. Metodologia: A caracterização da diversidade de bactérias totais e metabolicamente ativas e arqueias totais presente no lodo de sistemas de tratamento de efluentes salinos foi realizada através da construção de biblioteca de DNA que codifica para o gene de RNA ribossomal 16S e também sequenciamento em larga escala via plataforma 454 FLX Roche. Foi realizado também o monitoramento de consórcios microbianos enriquecidos e aclimatados em diferentes concentrações salinas, para os quais observou-se eficiência de nitrificação. O monitoramento foi realizado através da técnica de fingerprint DGGE e também foram feitas bibliotecas de DNA que codifica para o gene de RNA ribossomal 16S a partir dos consórcios aclimatados mais eficientes. Resultados: Tanto nas bibliotecas de DNA que codifica para o gene de RNA ribossomal 16S quanto para sequenciamento em larga escala via plataforma 454, não foram observadas predominância de populações de micro-organismos nitrificantes, porém, dentre os micro-organismos nitrificantes encontrados, há o predominio de bactérias nitrificantes heterotróficas. A maior parte dos micro-organismos encontrados estão relacionados a bactérias não cultiváveis. O monitoramento dos consórcios salinos que apresentaram maior eficiência na nitrificação revelaram a presença de bactérias nitrificantes heterotróficas. Conclusão: O lodo ativado, objeto deste estudo, realiza nitrificação, haja vista os micro-organismos nitrificantes quimioautotróficos e, principalmente, heterotróficos encontrados, associados à presença, em menor quantidade, de Plantomycetes. Os consórcios nitrificantes aclimatados à altas salinidades são dominados por bactérias nitrificantes heterotróficas. Os resultados combinados sugerem que a remoção eficiente da amônia pode ser alcançada quando o lodo ativado é aclimatado com o gradual aumento da concentração salina, fator limitante para a nitrificação, e enriquecido de modo a favorecer a microbiota nitrificante Abstract: Characterization and monitoring of nitrifying microorganism populations in saline sludge from oil terminal". The oil industry, in its various processes and units, is a major consumer of water. The water-oil separation process that occurs in marine terminals generates produced water which contains high concentrations of ammonia. Activated sludge (a type of biological treatment) is used to remove ammonia and other pollutants, so that the water returns to nature within the limits set by law. The effluent can reach the treatment tanks with high salt concentrations, which undermines the process of nitrification, especially when it concerns the treatment of produced water from of hypersaline oil fields. Therefore, it is of great importance that the bacteria responsible for ammoniacal nitrogen removal are characterized and monitored when subjected to different salt concentrations in order to continue performing its transforming role in this environment. Methodology: The characterization of the diversity of total bacteria and metabolically active and characterization of the diversity of total archaea present in the sludge of saline wastewater treatment systems has been accomplished through the construction of DNA library encoding the 16S ribosomal RNA gene as well as through large-scale sequencing 454 FLX Roche platform. It was also conducted the monitoring of microbial consortia enriched and acclimated at different salt concentrations, for which the nitrification indices were observed. The monitoring was performed by fingerprint DGGE technique and DNA libraries encoding the 16S ribosomal RNA gene were also made from the acclimated consortia that showed the highest levels of nitrification. Results: In both the DNA library encoding the 16S ribosomal RNA gene and the large-scale sequencing through platform 454, there were no predominance of populations of nitrifying micro-organisms. Among the findings, there is a predominance of heterotrophic nitrifying bacteria. Most of the microorganisms that were found are related to uncultured bacteria. The monitoring of the saline consortia that presented the higher nitrification rates revealed the presence of heterotrophic nitrifying bacteria. Conclusion: The activated sludge, object of this study, presents nitrifying potential, given the nitrifying microorganisms found, chemoautotrophs and especially heterotrophic, associated with the presence, to a lesser extent, of Plantomycetes. The nitrifying consortia acclimated to high salinity are dominated by bacteria with potential heterotrophic nitrification. The combined results suggest that efficient removal of ammonia can be achieved when the activated sludge is acclimatized with the gradual increase of salt concentration, limiting factor for nitrification, and enriched in order to favor the nitrifying microbiota Mestrado Genética de Microorganismos Mestra em Genética e Biologia Molecular

Orientador: Laura Maria Mariscal Ottoboni Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: Coliformes e enterococos fecais de origem humana ou animal na água podem indicar a presença de patógenos de veiculação hídrica como, por exemplo, Salmonella e Giardia. A identificação da fonte de contaminação fecal (lançamento de esgoto doméstico, escoamento de fezes animais de criação no solo, de animais silvestres, aves e outros) é importante para a implantação de medidas efetivas de gerenciamento e remediação de águas superficiais. Dessa forma, o desenvolvimento de métodos para identificação da fonte de contaminação fecal é de fundamental importância para as ações de controle, para preservar a integridade dos corpos d'água e para proteger a saúde da população. Até o momento, não existe um método único e universal para este tipo de análise e, no Brasil, as pesquisas nessa área são praticamente nulas. Assim sendo, este trabalho teve como objetivo a obtenção de marcadores moleculares hospedeiro-específicos em Escherichia coli, que permitam a identificação da fonte animal de contaminação fecal em águas superficiais. Neste trabalho foram utilizadas 174 linhagens de origem humana, 50 de origem bovina, 39 de origem suína, 16 de origem aviária, 29 de origem ovina, 16 de origem caprina, 44 de esgoto, 36 de reservatórios com contaminação esperada de origem humana e 30 de rios e reservatórios com contaminação esperada de origem animal. A determinação do grupo filogenético de todas as linhagens foi realizada pela detecção dos genes chuA e yjaA e do fragmento Tspe4.C2 por PCR. Os resultados mostraram que a distribuição dos grupos filogenéticos principais A, B1, B2 e D foi diferente entre os hospedeiros analisados, o que permitiu a predição da fonte de contaminação fecal da maioria dos pontos de amostragem. Cem linhagens de humanos e todas as linhagens de origem animal foram analisadas por BOX- e (GTG)5-PCR. O BOX-PCR apresentou uma taxa global de classificação correta de 63,70%, o (GTG)5-PCR de 49,10% e quando os dois métodos foram utilizados a taxa foi de 57,61%. Outras 32 linhagens de humanos e 28 de esgoto também foram analisadas por BOX-PCR, sendo que, 59,4% das linhagens de humanos foram corretamente classificadas e 85,2% das linhagens de esgoto foram classificadas como de humanos. Vinte linhagens de humanos, 15 de bois e 16 de galinhas foram analisadas por espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). Utilizando-se um modelo PLS-DA com a segunda derivada do espectro na região 2816 e 3026 cm-1 foi possível separar completamente as linhagens segundo sua origem animal. Assim sendo, a espectroscopia FT-IR foi considerada a técnica mais promissora para futuros estudos de rastreamento de fonte de contaminação fecal. Abstract: The detection of fecal coliforms and enterecocci in water indicates the presence of waterborne pathogens such as Salmonella and Giardia. The identification of the source of fecal contamination is important for the effective management of superficial water pollution. The development of methods for the identification of the source of fecal contamination is essential to preserve the quality of the water systems and to protect the public health. Until now, there is no universal method for this analysis and, in Brazil, there is no research in this area. In this way, the aim of this work was to obtain host-specific molecular markers in Escherichia coli for the identification of the source of fecal contamination in superficial water. For this work it was used, 174 strains from humans, 50 from cows, 39 from pigs, 29 from sheep, 16 from goat, 16 from chickens, 44 from sewage, 36 from water reservoirs whose the expected contamination source is human and 30 from water reservoirs and rivers whose the expected contamination source is animal. The determination of the phylogenetic groups of all strains was performed by the detection of the genes chuA and yjaA and the fragment Tspe4.C2 by PCR. The results showed that the distribution of the phylogenetic groups A, B1, B2 and D differs among the hosts analyzed, which allowed the prediction of the contamination source of most of the environmental samples. One hundred strains from humans, 50 from cows, 39 from pigs, 29 from sheep, 16 from goat and 16 from chickens were analyzed by BOX- and (GTG)5-PCR. The BOX-PCR presented an overall rate of correct assignment of 63.70%, the (GTG)5-PCR of 49.10% and, when the two methods were used, the rate was 57.61%. Thirty two other strains from humans and 28 strains from sewage were analyzed by BOX-PCR and compared with the profiles previously obtained. 59.4% of the human strains were correctly assigned as human and 85.2% of the sewage strains were assigned as human. Twenty strains from humans, 15 from cows and 16 from chickens were analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). The use of a PLS-DA model with the second derivative of spectra at the region 2816 and 3026 cm-1 made it possible to completely discriminate the strains according to the animal source. Therefore, the FT-IR spectroscopy was considered the most promising method for the identification of fecal contamination. Mestrado Genética de Microorganismos Mestre em Genética e Biologia Molecular

Orientadores: Valéria Maia Merzel, Anete Pereira de Souza Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: A ocorrência de óleos biodegradados nos reservatórios de petróleo, juntamente com o isolamento das primeiras bactérias a partir destes ambientes, forneceu evidências de micro-organismos ativos no subsolo profundo. Os micro-organismos, habitantes comuns de reservatórios de petróleo, desenvolveram estratégias eficazes de biodegradação, baseados em sistemas enzimáticos e vias metabólicas especializadas, de maneira a acessar os hidrocarbonetos como fonte de carbono e energia. No entanto, o conhecimento atual da diversidade microbiana e dos processos metabólicos envolvidos na biodegradação em reservatórios de petróleo ainda é limitado, principalmente devido à dificuldade em recuperar a complexa comunidade microbiana presente em tais ambientes extremos. Essa limitação imposta pelo uso de técnicas de cultivo convencionais pode ser superada através do uso de abordagens independentes de cultivo, como a metagenômica, a qual permite o acesso ao potencial metabólico dos micro-organismos não cultivados. Em trabalho prévio, uma biblioteca metagenômica fosmidial derivada de enriquecimentos aeróbios e anaeróbios de petróleo foi construída e avaliada para a capacidade de crescimento microbiano em hexadecano como fonte de única de carbono. No presente estudo, foi analisada a capacidade de biodegradação de hexadecano e fenantreno pelos clones selecionados dessa biblioteca através de cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas (CG-EM). As análises que se sucederam tiveram como objetivos a identificação e caracterização das sequências metagenômicas responsáveis pela biodegradação de hidrocarbonetos. A estratégia de clonagem aleatória "shotgun" seguida de sequenciamento dos clones foi utilizada para determinar a sequência inteira dos insertos fosmidias que mostraram relevantes capacidades de biodegradação. Cerca de 30 kb de sequência foram montados para o fosmideo 1A (91% de degradação do hexadecano e 5% do fenantreno) e 37 kb para o fosmideo 2B (98% de degradação do hexadecano e 44% do fenantreno), e em cada um foram reconhecidos 23 ORFs e 40 ORFs, respectivamente. As proteínas putativas foram identificadas por comparação das sequências de aminoácidos deduzidas. Várias proteínas envolvidas na degradação aeróbia e anaeróbia de diferentes compostos de hidrocarbonetos foram encontradas. As sequências que codificam estas enzimas não mostraram-se agrupadas em clusters completos de degradação, semelhantes aos encontrados nas bactérias degradadoras de hidrocarbonetos conhecidas. Os fragmentos metagenômicos continham apenas subconjuntos de genes pertencentes a várias vias, mostrando novos arranjos gênicos. Esses resultados reforçam o potencial da abordagem metagenômica para a prospecção e elucidação de novos genes e vias metabólicas, contribuindo para uma visão mais abrangente dos processos de biodegradação que ocorrem nos reservatórios de petróleo Abstract: The occurrence of biodegraded oil in petroleum reservoirs, along with the isolation of the first bacteria from such environments, provided evidence for active microorganisms in the deep subsurface. Microorganisms are common inhabitants of petroleum reservoirs and they may have effective biodegrading strategies, based on specialized enzyme systems and metabolic pathways, as a form to access hydrocarbons as carbon and energy sources. However, the current knowledge of the microbial diversity and metabolic pathways involved in hydrocarbon biodegradation in petroleum reservoirs is still limited, mostly due to the difficulty in recovering the complex community present in such extreme environments. This limitation imposed by conventional culturing techniques can be circumvented by the metagenomic approach, which is a culture-independent molecular method that allows the access to the metabolic potential of previously uncultured microorganisms. In a previous work, a metagenomic fosmid library derived from aerobic and anaerobic petroleum enrichments were constructed and screened for the detection of microbial growth on hexadecane as sole carbon source. In this study, the biodegradation abilities on hexadecane and phenanthrene of selected clones were analyzed using Gas Chromatography - Mass Spectroscopy (GC-MS) and subsequent analyses aimed at the identification and characterization of metagenomic sequences responsible for the hydrocarbon biodegradation. The shotgun sequencing approach was used to determine the whole insert sequence of two fosmid clones showing different and relevant biodegradation capacities, FOS1A (91% hexadecane and 5% phenanthrene degradation) and FOS2B (98% hexadecane and 44% phenanthrene degradation). About 30 kb in sequence were assembled for the fosmid 1A and 37 kb for fosmid 2B, and 23 ORFs and 40 ORFs were recognized in each one, respectively. Putative proteins were identified by comparison of deduced aminoacid sequences. Several proteins involved in the degradation of different hydrocarbon compounds by aerobic and anaerobic pathways were found. The sequences coding these enzymes were not grouped together into complete clusters of degradation pathways similar to those already described in known hydrocarbon degrading bacteria. The metagenomic fragments contained only subsets of gene belonging to different pathways, showing novel gene arrangements. The results obtained in this study reinforce the potential of the metagenomic approach for the prospection and elucidation of new genes and pathways, contributing to a broader perspective of the biodegradation processes that take place in petroleum reservoirs Mestrado Genética de Microorganismos Mestre em Genética e Biologia Molecular

Orientadores: Marcelo Falsarella Carazzolle, Paulo Arruda Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: Os solos nutricionalmente pobres e sazonalmente secos dos campos rupestres impõem limitações severas ao crescimento vegetal. Entretanto, espécies de uma família dominante nesse ambiente, as Velloziaceae, são altamente especializadas para sobreviver sob escassez de nutricional. Apesar de interações planta-microrganismo contribuirem de forma fundamental para a aptidão de plantas em ecossistemas estressantes, o papel dessas interações nos campos rupestres ainda é desconhecido. Neste tabalho, nós empregamos dados de metagenômica para investigar a composição, dinâmica e funções dos microbiomas associados a duas espécies de Velloziaceae que crescem em substratos contrastantes dos campos rupestres: Vellozia epidendroides, que se desenvolve em solos rasos, e Barbacenia macrantha, que é encontrada sobre rochas. Nós mostramos que as comunidades microbianas associadas a essas plantas são diversas e taxonomicamente novas. Também identificamos que existe uma diferenciação significativa e taxonomicamente estruturada entre os microbiomas dessas espécies e que, apesar desse contraste, um conjunto de microrganismos altamente abundantes é compartilhado entre as duas espécies. Por meio da investigação do potencial metabólico de um conjunto diverso de genomas recuperados dos metagenomas de substrato e raíz, nós conseguimos determinar que comunidades bacterianas associadas à rocha são altamente enriquecidas em funções relacionadas a autotrofia e assimilação de carbono, que são importantes para sustentar as comunidades que crescem em um ambiente pobre em matéria orgânica. Também descobrimos que a depleção de carbono orgânico nas rochas provavelmente influencia a dinâmica de fixação de nitrogênio no microbioma de B. macrantha, já que os nossos resultados indicam que as bactérias diazotróficas associadas a essa planta são todas endofíticas, enquanto em V. epidendroides nós também identificamos bactérias fixadoras de nitrogênio de vida livre, incluindo uma família que obteve esse genótipo metabólico via transferência horizontal de genes. Adicionalmente, nós propomos um novo modelo de nitrificação em que a síntese de nitrito não é realizada por uma única célula e depende da associação entre populações bacterianas de diferentes espécies. Em relação à nutrição de fósforo, nós constatamos que os microrganismos da fração compartilhada entre as duas plantas compõem as principais populações envolvidas na mobilização de fósforo e possuem mecanismos de disponibilização desse nutriente que complementam os de plantas. Por fim, também investigamos o potencial biossintético dos microbiomas de V. epidendroides e B. macranta e identificamos uma diferenciação significativa em relação aos produtos de seus metabolismos secundários, o que sugere diferentes dinâmicas de interação planta-microrganismo. Como um todo, os nossos resultados indicam que os campos rupestres abrigam uma grande diversidade de novos microrganismos que podem revelar novos mecanismos de aumento da performance de crescimento vegetal em ambientes estressantes Abstract: The seasonally dry and nutrient-impoverished soils of the Brazilian campos rupestres impose severe growth-limiting conditions on plants. Species of a dominant plant family, Velloziaceae, are highly specialized to scarce resources of this environment. Despite plant-microbe associations playing critical roles in stressful ecosystems, the contribution of these interactions in the campos rupestres remains obscure. Here, we undertook metagenomic analyses to investigate the composition, dynamics, and functions of microbiomes associated with two Velloziaceae species that thrive in contrasting substrates of the campos rupestres: Vellozia epidendroides, which occupies shallow patches of soil, and Barbacenia macrantha, that grows over exposed rocks. We show that the microbial communities associated with these plants are diverse and taxonomically novel. We also demonstrate that there is a significant and phylogenetically structured differentiation between the communities associated with these two plants and that, despite this extensive contrast, an abundant core microbiome was found to be shared between the two species. Through the investigation of the metabolic potential of a diverse set of bacterial genomes recovered from the substrate and rhizosphere metagenomes, we were able to determine that the rock-associated bacterial communities are markedly enriched in functions related to autotrophy and carbon assimilation, which are likely important to sustain the microbial communities in such carbon-depleted substrate. We also found that this carbon-impoverishment of the rock substrates likely influences the nitrogen fixation dynamics in B. macrantha as our results indicate that the diazotrophs associated with this plant are all endophytic, while in V. epidendroides we also identified free-living nitrogen-fixing bacteria, including a family that received this metabolic genotype via horizontal gene transfer. In addition, we propose a novel model for nitrification where nitrite synthesis is not performed by a single cell and depends on a metabolic handoff interaction between two populations. Regarding phosphorus (P) nutrition, we found that taxa comprising the core microbiome are the major populations involved in P-mobilization and that P-scavenging mechanisms that complement those used by the plants are likely being selected in these communities. Finally, we also investigated the biosynthetic potential of the studied microbiomes and found a major differentiation regarding the products of their secondary metabolism, which could be mostly attributed to divergent taxonomic profiles and likely influence the plant-microbiome association dynamics. Taken together, our results show that the campos rupestres harbor an untapped microbial diversity that has the potential to uncover new forms of plant-microbiome interactions that could increase plant fitness in stressful conditions. Doutorado Bioinformática Doutor em Genética e Biologia Molecular CAPES 001 CNPQ 141401/2018-4 FAPESP 2018/04240-0

Orientador: Juliano Lemos Bicas Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: Os corantes naturais vêm ganhando notoriedade pela tendência mundial de consumo de produtos mais sustentáveis e saudáveis, além da possibilidade de possuir propriedades biológicas benéficas atribuídas a alguns desses pigmentos. Por serem raros na natureza, as opções de pigmentos azuis naturais são escassas. Logo, estudos de desenvolvimento de novos corantes azuis desta cor, especialmente os de origem microbiana, têm sido fundamentais para auxiliar na ampliação das opções disponíveis de pigmentos para aplicação industrial. Diante disso, este trabalho investigou diferentes condições de obtenção de corantes azulados a partir de fermentação submersa microbiana. Um dos processos estudados foi a transformação da biomassa de Fusarium oxysporum do vermelho para azul sob algumas condições (por exemplo, autoclavagem), algo já relatado, mas cujo mecanismo de alteração de cor ainda não é conhecido. O extrato acetoetílico da biomassa vermelha, cujo componente majoritário foi o pigmento vermelho bicaverina, demonstrou capacidade antixodante de 235,49 ± 7,03, 282,64 ± 7,04 e 564,84 ± 132,32 µmol TE/mg nos ensaios de TEAC, ORAC hidrofílico e ORAC lipofílico, respectivamente. Nos ensaios focados na alteração de cor da biomassa de vermelho para azul, a adição de papeis de secagem de mãos (com altos teores de Ca, Mg e Zn) ou água de torneira para diluir a biomassa, seguido do processo de autoclavagem, resultou na referida mudança de cor. Ensaios com íons metálicos isolados demonstraram uma formação de pigmentos de coloração variada da biomassa, incluindo o azul (Zn2+, Mn2+, Mg2+, Ni2+), roxo (Cu2+) e preto (Fe2+, Co2+), supostamente devido a um deslocamento batocrômico, como ocorre em outros pigmentos (por exemplo, as antocianinas). Estudos anteriores demonstraram que dentre todos os aminoácidos, a adição de arginina e histidina também favorecia a transformação de cor vermelho-azul da biomassa. No entanto, quando adicionada ao extrato rico em bicaverina, a adição de arginina resultou em uma formação de cor azulada muito sutil, e as análises de UHPLC-MS/MS não foram conclusivas na tentativa de identificar possíveis adutos arginina-bicaverina. Embora seja conhecido que a alteração de cor da bicaverina de vermelho para azul ocorra em condições alcalinas, não houve alcalinização do produto quando este passou à coloração azulada nos exemplos citados acima. O Janthinobacterium sp. foi outro microrganismo estudado neste trabalho. Esta bactéria púrpura Gram-negativa, identificada por métodos moleculares e confirmada como produtora do pigmento roxo violaceína neste estudo, foi isolada de arroz e utilizada para a avaliação do efeito da combinação de diferentes fontes de carbono e nitrogênio na produção do referido pigmento, resultando no teste de dezenas de meios. Os ensaios demonstraram o papel crítico do tipo da fonte de nitrogênio para favorecer a produção de violaceína, com destaque para o extrato de levedura. Ao final, houve sete meios para os quais não houve diferença significativa na produção do pigmento, mas a maior produção (Abs575nm 10,18 ± 1,49) foi obtida após 120h de fermentação a 25°C/200rpm em meio contendo 5 g/L de extrato de levedura e 10 g/L de frutose. Os pigmentos azulados obtidos neste trabalho, sejam eles formados a partir da conversão de da biomassa de F. oxysporum ou obtidos do extrato alcoólico da cultura de Janthinobacterium sp., representam potenciais alternativas para contribuir para o aumento do leque de opções de corantes naturais azulados disponíveis para a aplicação na indústria de alimentos e cosméticos, embora mais estudos sejam necessários para confirmar esta possibilidade Abstract: Natural colorants have gained notoriety due to the global trend toward consuming more sustainable and healthier products, in addition to the possibility that some of these pigments have been attributed beneficial biological properties. Since they are rarely found in nature, options for natural blue pigments are scarce. Therefore, studies on the development of new blue pigments of this color, especially those of microbial origin, are essential to expand the available options of pigments for industrial applications. Therefore, in this work, different conditions for the obtention of bluish pigments from microbial submerged fermentation were studied. One of the processes investigated was the conversion of Fusarium oxysporum biomass from red to blue under certain conditions (e.g. autoclaving), a previously reported transformation, but whose color change mechanism is not yet known. The acetoethyl extract of red biomass, whose main component was the red pigment bicaverin, showed an antioxidant capacity of 235.49 ± 7.03, 282.64 ± 7.04 and 564.84 ± 132.32 µmol TE/mg in the TEAC, hydrophilic ORAC and lipophilic ORAC assays, respectively. In assays focused on the change in biomass color from red to blue, the addition of paper towels (with high Ca, Mg and Zn contents) or tap water to dilute the biomass, followed by autoclaving, resulted in the mentioned color change. Evaluations with isolated metal ions showed formation of pigments of different colors in the biomass, including blue (Zn2+, Mn2+, Mg2+, Ni2+), purple (Cu2+), and black (Fe2+, Co2+), presumably due to a bathochromic shift as occurs with other pigments (e.g. anthocyanins). Previous studies have shown that among all amino acids, the addition of arginine and histidine also favored the red-blue color conversion of biomass. However, the addition of arginine to the bicaverin-rich extract resulted in a very subtle bluish color formation, and the UHPLC-MS/MS analyzes were inconclusive in attempting to identify possible arginine-bicaverin adducts. Although it is known that the color change of bicaverin from red to blue occurs under alkaline conditions, there was no alkalinization of the product when it changed to a bluish color in the above examples. Janthinobacterium sp. was another microorganism studied in this work. This Gram-negative purple bacterium, identified by molecular methods and confirmed in this study as a producer of the purple pigment violacein, was isolated from rice and used to evaluate the effect of combining different carbon and nitrogen sources in the production of said pigment, resulting in the evaluation of dozens of culture media. The evaluations showed the critical role of the type of nitrogen source in favoring the production of violacein, with emphasis on the yeast extract. Ultimately, there were seven media for which there was no significant difference in pigment production, but the highest production (Abs575nm 10.18 ± 1.49) was obtained after 120h fermentation at 25°C/200rpm in a medium containing 5g/L yeast extract and 10 g/L fructose. The bluish pigments obtained in this work, whether formed from the transformation of F. oxysporum biomass or obtained from the alcoholic extract of the Janthinobacterium sp. culture, represent potential alternatives to help expand the range of bluish natural colorants for use in the food and cosmetic industries, although further studies are required to confirm this possibilit Mestrado Ciência de Alimentos Mestra em Ciência de Alimentos CNPQ 131759/2019-1 CAPES 001

Orientador: Fabiana Fantinatti Garboggini Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: A pandemia da COVID-19 mostrou a vulnerabilidade da sociedade humana frente às doenças infecciosas. Produtos naturais representam a principal fonte de agentes terapêuticos usados como antivirais, anticâncer e antibióticos. Nesse contexto, o objetivo desse trabalho foi avaliar o potencial biossintético e metabólico de produtos naturais de duas bactérias isoladas da Antártica. Foram sequenciados o genoma completo de duas bactérias, permitindo a análise filogenética das mesmas, concluindo-se que estas são relacionadas à Streptomyces albidoflavus e Marinobacter sp.. A análise de Genome mining identificou 24 clusters gênicos biossintéticos (BGCs) para S. albidoflavus ANT_B131 das classes ectoína, peptídeos não-ribossomais (NRP), policetídeos (PK), peptídeos sintetizados via ribossomos e modificados pós-tradução (RiPPs), sideróforos, entre outros, dos quais 50 % apresentavam baixa (

Orientador: Valéria Maia Merzel Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: As atividades humanas no ambiente antártico aumentaram significativamente nos últimos anos, especialmente nas ilhas Shetland do Sul. O tráfego de navios associado a atividades como pesca, abastecimento de instalações científicas e turismo tem consequentemente aumentado a contaminação dos ecossistemas antárticos com hidrocarbonetos de petróleo. Além de vários fatores adversos, como temperaturas extremas, baixa concentração de nutrientes, alta radiação ultravioleta e dessecação, o microbioma antártico lida com a presença de compostos orgânicos complexos. Devido à exposição a esses compostos ao longo do tempo, populações bacterianas foram selecionadas a degradar hidrocarbonetos, utilizando-os como fonte de carbono. Este projeto teve como objetivo avaliar o potencial genético de comunidades microbianas de sedimentos antárticos para a degradação de hidrocarbonetos do petróleo. Para isto, foi realizada uma análise comparativa da diversidade de genes envolvidos na degradação aeróbica e anaeróbica de hidrocarbonetos em áreas sob a influência de diferentes temperaturas e concentrações de hidrocarbonetos em duas ilhas do arquipélago Shetland do Sul: Deception e Livingston. Foram avaliadas a diversidade taxonômica presente nos sedimentos, por meio do sequenciamento em larga escala do gene RNAr16S, e a diversidade funcional, através do sequenciamento shotgun, seguida de análises de bioinformática para a identificação de genes e vias de degradação de hidrocarbonetos, utilizando bancos de dados específicos. As informações derivadas da anotação funcional dos conjuntos de dados metagenômicos permitiram selecionar algumas bactérias previamente isoladas do ambiente antártico para ensaios biológicos de avaliação da capacidade de degradação de hidrocarbonetos em baixas temperaturas. Os resultados gerais desse trabalho incluem o conhecimento da diversidade filogenética do microbioma potencialmente envolvido na degradação de hidrocarbonetos, tanto em baixas temperaturas quanto em temperaturas elevadas das fumarolas, e também a identificação dos genes e vias utilizadas. A identificação de táxons capazes de degradar hidrocarbonetos em ambientes antárticos impactados contribui para a compreensão do potencial metabólico dessas populações para lidar com poluentes e fornece subsídios para estudos futuros de delineamento de estratégias de biorremediação de áreas impactadas na Antártica Abstract: Human activities in the Antarctic environment have increased significantly in recent years, especially in the South Shetland Islands. Ship traffic associated with activities such as fishing, supply of scientific facilities and tourism has consequently increased the contamination of Antarctic ecosystems with oil hydrocarbons. Therefore, in addition to several harsh conditions, such as extreme temperatures, low nutrient concentration, high ultraviolet radiation and desiccation, the Antarctic microbiome deals with the presence of complex organic compounds. Due to exposure to these compounds over time, bacterial populations able to degrade hydrocarbons and use them as carbon source were selected. In this context, this project aimed to assess the genetic potential of microbial communities in Antarctic sediments for the degradation of oil hydrocarbons. For this, a comparative analysis of the diversity of genes involved in aerobic and anaerobic degradation of hydrocarbons in areas under the influence of different temperatures and hydrocarbon concentrations was carried out on two islands in the South Shetland archipelago: Deception and Livingston. Taxonomic and functional microbial diversity present in sediments was evaluated through large-scale sequencing of the 16S rRNA gene and metagenomic shotgun sequencing, followed by bioinformatics analysis for the identification of hydrocarbon degradation genes and pathways, using specific databases. The information derived from the functional annotation of the metagenomic data sets allowed to select some bacteria previously isolated from the Antarctic environment for biological tests to evaluate the hydrocarbon degradation capacity at low temperatures. The overall results of this work include specific knowledge of the phylogenetic diversity of the microbiome potentially involved in the degradation of hydrocarbons, both at low and high temperatures and also the identification of the genes and pathways used. The identification of taxa capable of degrading hydrocarbons in impacted Antarctic environments contributes to the understanding of the metabolic potential of these populations to deal with pollutants and provides subsidies for future studies focusing on the design of bioremediation strategies of impacted areas in Antarctica Mestrado Genética de Microorganismos Mestra em Genética e Biologia Molecular CAPES 0 CNPQ 159475/2018-0 FAPESP 2016/05640-6

Orientador: Valeria Maia Merzel Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: A contaminação por bactérias produtoras de ácido lático (LAB, do inglês Lactic Acid Bacteria) é um dos principais problemas enfrentados no processo de fermentação alcóolica em usinas de bioetanol, uma vez que reduz o rendimento do processo e traz perdas econômicas significativas. As LAB, além de competirem com as leveduras (Saccharomyces sensu stricto), responsáveis pela produção do bioetanol, também secretam metabólitos inibitórios prejudiciais às leveduras. O uso de antibióticos para o controle de LAB na fermentação alcoólica tem sido uma prática constante na indústria de bioetanol, apesar de gerar resíduos potencialmente nocivos, que resultam na disseminação de linhagens de bactérias resistentes que acarretam problemas ambientais e a saúde humana. Assim, no intuito de estabelecer processos ecologicamente mais amigáveis e sustentáveis, é indispensável a substituição dos antibióticos utilizados na indústria de bioetanol. Para tanto, é preciso substâncias eficazes que não se tornem resíduos nocivos, o que faz dos produtos naturais uma alternativa promissora para este tipo de substituição. No Brasil, a biodiversidade é considerada uma fonte de substâncias biologicamente ativas, onde muitas plantas vêm sendo amplamente reconhecidas por suas propriedades antimicrobianas ao longo dos séculos. Princípios ativos sintetizados pelo metabolismo secundário das plantas com aplicações biotecnológicas podem ser obtidos a partir de diferentes partes das plantas. Este fato motiva a investigação de produtos naturais provenientes de plantas, como óleos essenciais (OE), que possam ser utilizados no controle da contaminação por LAB no processo de fermentação alcóolica. Os OE possuem um alto potencial biotecnológico para esta substituição pois muitos apresentam atividade antimicrobiana para diversas bactérias. Em adição, são substâncias consideradas seguras, uma vez que são utilizados na indústria de alimentos e não produzem resíduos nocivos ao ambiente e à saúde humana. Desta forma, propomos neste trabalho, a triagem, caracterização e avaliação do efeito antimicrobiano de OE obtidos preferencialmente a partir de plantas da flora brasileira, que tenham atividade biológica seletiva, ou seja, inibitórios e/ou microbicidas para LAB e inertes para leveduras do gênero Saccharomyces sensu stricto, com potencial para substituir os antibióticos no controle de contaminação da fermentação de bioetanol Abstract: The use of antibiotics to control bacterial contamination in alcoholic fermentation process has been a common practice in the industry. Lactic acid bacteria (LAB), the main group of contaminating bacteria in the bioethanol fermentation process, are considered a huge problem to the process, since they are capable to thrive under the conditions found in fermentation tanks, competing with yeasts (Saccharomyces sensu stricto) for the sugar to be fermented (sugarcane juice or molasses). Furthermore, they secrete substances that may inhibit the development of yeasts in the process, compromising fermentation yield. In order to prevent LAB and limit production losses, the ethanol industry makes continuous use of the same antibiotics consumed by humans, such as, penicillin, erythromycin and virginiamycin. This practice can lead to the selection of resistant bacteria and contributes to the growing concern about the effects of the indiscriminate use of antibiotics in human health. In addition, traces of these antibiotics may be found in ethanol byproducts, such as dry yeast, which is sold as source of protein for animal feed preparation. Antibiotic traces in Brazilian dry yeast have caused frequent rejection of this product by the European Community. Hence, the replacement of antibiotics in fermentation process for bioethanol production is of paramount importance and should entail the use of substances that do not turn into harmful residues to the environment and, consequently, a hazard to human health. Essential oils (EO) are considered an important source of substances with antimicrobial activity. Thus, these oils may become a promising alternative to replace antibiotics in the control of lactic acid bacteria (LAB). In this context, the aim of this study was to screen and characterize EO obtained preferentially from Brazilian plants and showing selective activity, exhibiting inhibitory and/or biocidal activity against LAB and being inert to yeasts of the genus Saccharomyces sensu stricto, with potential to replace antibiotics in the contamination control of bioethanol fermentation Doutorado Microbiologia Doutora em Genética e Biologia Molecular CAPES 001

Orientador: Valeria Maia Merzel Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: Reservatórios de petróleo são ambientes de subsuperfície poli-extremos, portanto micro-organismos que apresentam características que os permitem suportar e se desenvolver sob uma gama de condições adversas. Muitos destes micro-organismos estão relacionados à degradação de hidrocarbonetos, causando efeitos negativos na qualidade do óleo e impactando o refino do petróleo. Dessa maneira, o intuito deste estudo foi de caracterizar a microbiota de um reservatório de petróleo brasileiro, a fim de determinar seus principais micro-organismos e vias metabólicas prevalentes, e avaliar a influência da temperatura e salinidade sobre a capacidade de degradação de hidrocarbonetos pelos membros da comunidade microbiana sob diferentes condições redutoras. Para isso, foram implementados microcosmos anaeróbios, que foram incubados sob diferentes condições de temperatura (40ºC, 50ºC e 70ºC), salinidade (15 gL-1, 60 gL-1 e 120 gL-1) e aceptores de elétrons (sulfato, H2 / CO2 e acetato - metanogênese), sendo a microbiota autóctone do óleo bruto usada como inóculo. Análises de sequenciamento shotgun dos microcosmos, quantificação de metano e de redução de sulfato, revelaram as vias de degradação predominantes, os micro-organismos mais abundantes em cada condição e as funções necessárias à sobrevivência em seu micro-ambiente. Os resultados demonstraram que temperatura e salinidade combinadas são fatores limitantes da degradação de hidrocarbonetos. Além disso, os resultados também demonstraram que a ativação dos hidrocarbonetos, etapa inicial da degradação, ocorre via adição de fumarato e carboxilação, e que a degradação ocorre sob condições metanogênicas apenas. As diferenças taxonômicas entre três condições degradadoras (15 gL -1 de sal a 40ºC e 50ºC e 60 gL -1 a 50ºC) se deram, principalmente, em nível de abundância relativa. Entretanto, foi possível observar a existência de um microbioma central, comum a todas as condições, formado por bactérias dos gêneros Petrotoga e Acetomicrobium e arqueias do gênero Methanoculleus. A comunidade microbiana apresentou, também potencial para degradação de compostos como tolueno e fenol, assim como de produzir metano a partir de diferentes moléculas (metanol, metilaminas, acetato e H2 / CO2). De maneira geral, foi possível concluir que a sintrofia é o principal mecanismo de sobrevivência dos micro-organismos. Essa estratégia permite a contínua degradação de hidrocarbonetos e formação de gás metano, ampliando a gama de vias metabólicas disponíveis para consumo do petróleo Abstract: Oil reservoirs are poly-extreme subsurface environments, therefore microorganisms that have characteristics that allow them to support and develop under a range of adverse conditions. Many of these microorganisms are related to hydrocarbon degradation, causing negative effects on oil quality and impacting oil refining. Thus, the aim of this study was to characterize the microbiota of a Brazilian oil reservoir, in order to determine its main microorganisms and prevalent metabolic pathways, and to evaluate the influence of temperature and salinity on the hydrocarbon degradation capacity by members of the microbial community under different reducing conditions. For this, anaerobic microcosms were implemented, which were incubated under different conditions of temperature (40ºC, 50ºC and 70ºC), salinity (15 gL-1, 60 gL-1 and 120 gL-1) and electron acceptors (sulfate, H2 / CO2 and acetate - methanogenesis), with the indigenous microbiota of crude oil used as inoculum. Analyzes of shotgun sequencing of the microcosms, quantification of methane and sulfate reduction, revealed the predominant degradation pathways, the most abundant microorganisms in each condition and the functions necessary for survival in their micro-environment. The results showed that combined temperature and salinity are limiting factors for hydrocarbon degradation. In addition, the results also demonstrated that the activation of hydrocarbons, the initial stage of degradation, occurs via the addition of fumarate and carboxylation, and that the degradation occurs under methanogenic conditions only. The taxonomic differences between three degrading conditions (15 gL-1 of salt at 40ºC and 50ºC and 60 gL-1 at 50ºC) occurred mainly in the level of relative abundance. However, it was possible to observe the existence of a central microbiome, common to all conditions, formed by bacteria of the genera Petrotoga and Acetomicrobium and archaea of the genus Methanoculleus. The microbial community also showed potential for the degradation of compounds such as toluene and phenol, as well as for producing methane from different molecules (methanol, methylamines, acetate and H2 / CO2). In general, it was possible to conclude that syntrophy is the main survival mechanism of microorganisms. This strategy allows the continuous degradation of hydrocarbons and the formation of methane gas, expanding the range of metabolic pathways available for oil consumption Doutorado Genética de Microorganismos Doutora em Genética e Biologia Molecular FAPESP 2015/06991-4; 2016/24976-5 CAPES