Title: Diversity of arsenite transporters of the abandoned Uranium mine in Urgeiriça
Authors: Costa, Rui 
Orientador: Morais, Paula
Keywords: Arsénio;Urânio;Transferência horizontal de genes;Compostos radioativos;Diversidade
Issue Date: 2013
Abstract: Arsenic is an ubiquitous toxic metal present in the environment. Microorganisms have co-existed with arsenic for millions of years. This motivated the evolution of arsenic resistance determinants that are now widespread among microbial populations. These determinants can be chromosomally or plasmid encoded. To study the diversity and occurrence of arsenic resistance determinants in the microbial populations of 8 different sites in the abandoned Urgeiriça uranium mines a PCR approach was used. Agar supplemented with 2mM to 20mM sodium arsenite was used to test for arsenic resistance phenotype in isolated strains recovered from mine tailings and surroundings sites. Resistance to antimonite was also ascertained as the mechanism for antimonite extrusion from the cytoplasm are the same as in arsenite. Primers were used to investigate the occurrence of arsB, ACR3 (arsenite pumps), arsC (arsenate reductase), arrA (dissimilatory arsenate reduction) and aioB (arsenite oxidase) determinants. Several amplifications were obtained regarding determinants ACR3 and arsB. The diversity of organisms present in the sampled sites was high as was the diversity of identified resistant bacteria. Among the 36 arsenic resistant strains, we found representatives for 13 different genera. There were several sites with no uranium or arsenic detected yet arsenic resistance determinants were found in those uncontaminated sites. This indicates that arsenic resistance determinants are ubiquitous and the absence of arsenicals does not necessarily indicate that there are no arsenic resistant bacteria present. Further studies including the cloning of arsenic resistance gene amplicons would enable the distinction between several determinants of the same strain enabling us to identify if there are multiple structures belonging to different ancestors in the same strain or if there is a dominant determinant in a specific population. After phylogenetic analysis we observed that HGT of arsenic resistance determinants may have occurred in site A1 and A4. There was no detected contamination with uranium in site A1 whereas site A4 had the highest concentration of uranium of all the sites. There were other contaminants present in site A1 that can justify the stress that led to the possible occurrence of the horizontal gene transfer, also, this can also have occurred without the intervention of stress caused by contaminants.
O arsénio é um metal amplamente disseminado na crusta terrestre. Os microrganismos coexistem com este metal há milhões de anos. Este facto motivou o aparecimento de determinantes de resistência a arsénio que estão agora disseminados nas populações microbianas. Estes determinantes podem estar inseridos no DNA cromossómico ou em plasmídeos. Para estudar a existência e diversidade de determinantes genéticos de resistência ao arsénio na população microbiana de 8 locais diferentes nas minas abandonadas da Urgeiriça, foi usado um protocolo de reação em cadeia da polimerase. Agar suplementado com concentrações de 2mM a 20mM foi usado para testar o fenótipo de resistência a arsénio em estirpes recuperadas de efluentes e outros locais na proximidade das minas. O fenótipo de resistência a antimónio foi também testado uma vez que os mecanismos de extrusão de antimonito do citoplasma são os mesmos que os de extrusão de arsénio. Foram utilizados primers para investigar a ocorrência dos determinantes arsB, ACR3 (bombas de extrusão de arsenito), arsC (arsenato reductase), arrA (redutase de arsenato) e aioB (arsenito oxidase). Houve amplificação em diversas estirpes quando testadas para a presença dos determinantes arsB e ACR3. A diversidade dos organismos isolados dos locais de amostragem foi elevada assim como a diversidade de organismos resistentes a arsénio. Entre as 36 estirpes resistentes encontrámos representantes de 13 géneros bacterianos diferentes. Havia vários locais de amostragem que não continham contaminação com urânio nem arsénio no entanto, determinantes de resistência a arsénio foram encontrados em estirpes desses locais. Esta observação indica que os determinantes de resistência a arsénio estão bastante disseminados e que a ausência de arsenicais não é sinónimo da não existência de bactérias resistentes a arsénio. Estudos suplementares, incluindo a clonagem dos determinantes de resistência a arsénio de uma mesma estirpe, permitiriam a distinção entre diferentes determinantes na estirpe permitindo identificar a ocorrência de mais do que um determinante num só organismo ou mesmo saber se existe um determinante que é prevalente numa população num determinado local. Após análise filogenética observámos que é possível que tenha existido transferência horizontal de determinantes de resistência a arsénio no local A1 e A4. Não havia contaminação com arsénio nem urânio no local A1. No local A4 foi detetada a maior concentração de urânio entre os locais analisados no estudo. Estavam presentes outros contaminantes em A1 que podem explicar o stresse que levou à partilha dos determinantes, a qual pode também ter ocorrido sem a intervenção do stresse causado pelos contaminantes.
Description: Dissertação de mestrado em Bioquímica , apresentada ao Departamento Ciências da Vida da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra.
URI: http://hdl.handle.net/10316/26026
Rights: openAccess
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