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https://www.arca.fiocruz.br/handle/icict/57290
METAGENÔMICA DE UM ECOSSISTEMA ESTROMATOLITOGÊNICO (LAGOA SALGADA, SÃO JOÃO DA BARRA, RJ, BRASIL)
Almeida, Thiago Corrêa de | Date Issued:
2022
Alternative title
Metagenomics of a Stromatolithogenic Ecosystem (Salgada Lagoon, São João da Barra, RJ, Brazil)Author
Advisor
Co-advisor
Affilliation
Fundação Oswaldo Cruz. Escola Nacional de Saúde Pública Sergio Arouca. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Abstract in Portuguese
A Lagoa Salgada é um corpo aquático hipersalino costeiro localizado no norte do Estado do Rio de Janeiro e reconhecida pela presença de estromatólitos. O ambiente lagunar está localizado em uma região de franca expansão urbana, onde as atividades antrópicas apresentam potencial para promover alterações físicas, químicas e microbiológicas no ecossistema. O objetivo deste trabalho foi caracterizar a diversidade microbiana presente na Lagoa Salgada através da abordagem metagenômica. O material genético obtido da amostra coletada sequenciado pelo método shotgun. Os dados metagenômicos foram analisados utilizando o pipeline MetaWrap versão 1.3 para caracterização da diversidade microbiana e anotações funcionais dos genes. Análises colimétricas e físico-químicas também foram realizadas para avaliar a qualidade sanitária da água. Proteobacteria e Cyanobacteria foram os filos que apresentaram maior quantidade de sequências, constituindo-se assim os grupos dominantes na amostra. Grande parte dos genes da amostra apresentaram funções relacionadas a processos metabólicos, biossintéticos, processos de ligação, atividades enzimáticas de liase e ligase e formação de estruturas celulares. As vias metabólicas de biossíntese de metabólitos secundários, aminoácidos, metabolismo microbiano e do carbono se destacaram. Anotações associadas ao estresse ambiental (resposta ao estresse oxidativo, osmótico e térmico) e aos processos de fotossíntese, fixação de carbono, metabolização do nitrogênio e ao ciclo do enxofre também estiveram presentes. Dentre as espécies de actinobactérias analisadas, foram identificados um total de 72 produtos naturais com 16 apresentando percentual de similaridade acima de 50%. Rhodococcus opacus e Streptomyces pluripotens apresentaram o número de regiões gênicas com capacidade de sintetização de metabólitos secundários. No grupo de cianobactérias foram identificados 42 produtos naturais, sendo que 20 deles apresentavam percentual de similaridade acima de 50%. O gênero Nostoc englobou as espécies com o maior número de representações genicas. Os resultados obtidos por este estudo evidenciam a diversidade microbiana existente no ambiente aquático da Lagoa Salgada, assim como indicam a existência de um interessante potencial biotecnológico passível de ser explorado em trabalhos futuros. Todos os fatos destacados reforçam ainda mais a necessidade de preservação e proteção integral do ecossistema da lagoa com o intuito salvaguardar as riquezas existentes neste ambiente singular, e exploração sustentável como área de recreação.
Abstract
Lagoa Salgada is a coastal hypersaline water body located in the north of Rio de Janeiro State and recognized by the presence of stromatolites. The lagoon environment is located in a region of rapid urban expansion, where human activities have the potential to promote physical, chemical and microbiological changes in the ecosystem. The objective of this work was to characterize the microbial diversity present in Lagoa Salgada through the metagenomic approach. The genetic material obtained from the collected sample was sequenced by the shotgun method. Metagenomic data were analyzed using the MetaWrap pipeline version 1.3 (modular software that automates the main tasks in metagenomic analysis) for characterization of microbial diversity and functional annotations of genes. Colimetric and physicochemical analyzes were also carried out to evaluate the sanitary quality of the waters of Lagoa Salgada, for use as a recreation area. Proteobacteria and Cyanobacteria were the phyla that presented the highest numbers of sequences, being the dominant groups in the sample. Several genera belonging to other phyla were also identified. Most of the genes in the sample showed functions related to metabolic and biosynthetic processes, binding processes, lyase and ligase enzymatic activities and formation of cellular structures. The metabolic pathways of biosynthesis of secondary metabolites, amino acids, microbial and carbon metabolism stood out. Annotations associated with environmental stress (response to oxidative, osmotic and thermal stress) and the processes of photosynthesis, carbon fixation, nitrogen metabolism and the sulfur cycle were also present. Among the species of actinobacteria analyzed, a total of 72 natural products were identified, with 16 presenting a similarity percentage above 50%. Rhodococcus opacus and Streptomyces pluripotens presented the number of gene regions capable of synthesizing secondary metabolites. In the cyanobacterial group, 42 natural products were identified, 20 of which had a similarity percentage above 50%. The genus Nostoc encompassed the species with the highest number of genetic representations. The results obtained by this study show the microbial diversity existing in the aquatic environment of Lagoa Salgada, as well as indicate the existence of an interesting biotechnological potential that can be explored in future works. All the facts highlighted further reinforce the need for preservation and integral protection of the lagoon's ecosystem in order to safeguard the riches existing in this unique environment, and sustainable exploitation as a recreation area.
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