Genetic potential of the microbiome in sediments of Deception and Livingston islands in the Maritime Antarctica for degradation of petroleum hydrocarbons

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