Publicação
Using a polyphasic approach for exploring secondary metabolites from freshwater and thermal cyanobacteria strains from Azores islands
| datacite.subject.fos | Ciências Naturais::Ciências Biológicas | |
| dc.contributor.advisor | Gonçalves, Vítor Manuel da Costa | |
| dc.contributor.advisor | Vasconcelos, Vítor Manuel Oliveira | |
| dc.contributor.advisor | Urbatzka, Ralph | |
| dc.contributor.author | Luz, Rúben Filipe Silva | |
| dc.date.accessioned | 2026-03-24T12:04:46Z | |
| dc.date.available | 2026-03-24T12:04:46Z | |
| dc.date.issued | 2025-06-17 | |
| dc.description | Tese de Doutoramento, Biologia, 17 de junho de 2025, Universidade dos Açores. | |
| dc.description.abstract | As cianobactérias são microrganismos fotossintéticos com uma longa história evolutiva e uma elevada complexidade morfológica, ocupando uma grande diversidade de habitats, desde água doce a marinha, incluindo ambientes extremos. Esta diversidade é acompanhada por uma crescente complexidade do seu sistema taxonómico, baseado em caracteres ecológicos, morfológicos e genéticos, utilizando filogenias baseadas em marcadores genéticos específicos, e, mais recentemente, numa abordagem genómica, que contribuiu para a reformulação geral do sistema taxonómico das cianobactérias. A história evolutiva das cianobactérias permitiu-lhes adquirir genes específicos para a produção de metabolitos secundários de interesse. Entre estes, já foram identificados vários compostos bioativos de elevado valor, com significativo potencial citotóxico e no tratamento de doenças metabólicas. Neste trabalho foi efetuada uma revisão taxonómica das cianobactérias existentes nos Açores baseada nos registos anteriormente publicados e tendo em consideração a literatura mais recente sobre a taxonomia do grupo, contribuindo, assim, para o conhecimento da diversidade de cianobactérias na região. Para além disso, foi efetuado o estudo taxonómico das estirpes de cianobactérias depositadas no Banco de Algas e Cianobactérias dos Açores (BACA), provenientes de habitats aquáticos, terrestres, termais e salobros. Foram descritos cinco novos géneros e dez novas espécies: Azorothrix ramosa gen. & sp. nov., Radiculonema aquaticum gen. & sp. nov., Venetifunis florensis gen. & sp. nov., Tumidithrix elongata gen. & sp. nov., Pseudocalidococcus azoricus gen. & sp. nov., Pycnacronema lacustrum sp. nov., Pegethrix atlantica sp. nov., Kovacikia atmophytica sp. nov., Albertania obscura sp. nov. e Leptodesmis lacustris sp. nov.. Na descrição destes novos taxa foi utilizada uma abordagem polifásica baseada na morfologia (microscopia ótica e eletrónica de transmissão), na ecologia e em marcadores genéticos, nomeadamente, o gene do 16S rRNA e a região do espaço interno de transcrição do 16S-23S rRNA (ITS). Para a descrição da Pseudocalidococcus azoricus foi aplicada uma abordagem genómica de modo a melhorar o suporte genético. A elevada diversidade taxonómica de cianobactérias encontrada na coleção BACA reforçou a necessidade de se proceder uma pesquisa das suas potenciais bioatividades. Para esse efeito, selecionaram-se 56 estirpes do BACA que foram cultivadas em condições laboratoriais, tendo-se recuperado a sua biomassa por centrifugação seguida de liofilização e os seus compostos extraídos por metanol e sonicação. O meio de cultura utilizado na produção de biomassa foi recuperado após centrifugação, tendo sido filtrado e liofilizado. Os extratos foram testados quanto à sua citotoxicidade contra linhagens de células de carcinoma humano, HepG2 e HCT116, e atividade de redução de lípidos, através da utilização de larvas de peixe-zebra e um modelo de esteatose com células HepG2 sobrecarregadas com ácidos gordos. Foram identificados vários extratos com bioatividades promissoras nos ensaios de citotoxicidade (Scytonematopsis sp. BACA0005) e de redução de lípidos (Dulcicalothrix sp. BACA0344 e Pseudocalidococcus azoricus BACA0433), tendo alguns extratos demonstrado uma elevada toxicidade contra larvas de peixe-zebra (Symphyonema sp. BACA0090 e Aliinostoc sp. BACA0355). A análise da composição dos extratos por ESI-HR-LC-MS/MS revelou que a quimiodiversidade é determinada principalmente pela relação filogenética das estirpes, mais do que pelo seu habitat original. Os dados da metabolómica foram utilizados numa feature-based molecular network para identificação de vários picos de massa potencialmente ligados às bioatividades observadas. Esta abordagem destacou várias estirpes, classes de compostos e picos de massa como candidatos promissores para investigação futura de compostos bioativos, com potenciais aplicações em biotecnologia e produtos farmacêuticos. No geral, este trabalho reforça a importância dos Açores como uma fonte de recursos genéticos únicos, com um elevado impacto no sistema taxonómico das cianobactérias, e a necessidade de estudar estes novos recursos nos campos da biotecnologia e farmacêutica. A elevada variabilidade taxonómica e as bioatividades relatadas suportam a possível existência de vários novos compostos, biologicamente ativos e de elevado valor. | por |
| dc.description.abstract | ABSTRACT: Cyanobacteria are photosynthetic microorganisms with a long evolutionary history and high morphological complexity, inhabiting a wide range of habitats, from freshwater to seawater, including extreme environments. This is accompanied by an increasing complexity of its taxonomical system based on ecological, morphological and genetic characters, using single-gene phylogenies, and more recently, a genomic approach, that has contributed to an overall reformulation of the cyanobacteria taxonomical system. The evolutionary history of cyanobacteria allowed them to acquire specific genes that may produce secondary metabolites of interest. Among these, several high-value bioactive compounds have been identified with significant potential in cytotoxicity and the treatment of metabolic diseases. In this work, a taxonomical review using the most recent literature and a revision on reported cyanobacteria from the Azores was made, contributing to the current knowledge of cyanobacteria diversity in the region. Strains deposited and maintained in the Bank of Algae and Cyanobacteria of the Azores (BACA) from aquatic, terrestrial, thermal and brackish habitats were taxonomically studied. Five new genera and ten new species were described: Azorothrix ramosa gen. & sp. nov., Radiculonema aquaticum gen. & sp. nov., Venetifunis florensis gen. & sp. nov., Tumidithrix elongata gen. & sp. nov., Pseudocalidococcus azoricus gen. & sp. nov., Pycnacronema lacustrum sp. nov., Pegethrix atlantica sp. nov., Kovacikia atmophytica sp. nov., Albertania obscura sp. nov. and Leptodesmis lacustris sp. nov.. To describe these new taxa, a polyphasic approach was used based on morphology (light and transmission electron microscopy), ecology, and genetic markers, such as the 16S rRNA gene and 16S-23S rRNA internal transcriber space (ITS). For the description of Pseudocalidococcus azoricus, a genomic approach to improve genetic support was applied. The identified taxonomical diversity of cyanobacteria in the BACA culture collection reinforced the need for a bioactivity search. For that purpose, 56 BACA strains were selected and grown in laboratory conditions, recovered by centrifugation, freeze-dried and secondary metabolites extracted by sonication and methanol. The media used in biomass production was recovered after centrifugation, filtered and freeze-dried. Extracts were tested for cytotoxicity against carcinoma cell lineages, HepG2 and HCT116, and lipid reduction activity using both zebrafish larvae and a steatosis model with fatty acid overloaded HepG2 cells. Several bioactive extracts were identified with promising bioactivities in cytotoxicity (Scytonematopsis sp. BACA0005) and lipid reduction assays (Dulcicalothrix sp. BACA0344 and Pseudocalidococcus azoricus BACA0433), with some extract demonstration high toxicity against zebrafish larvae (Symphyonema sp. BACA0090 and Aliinostoc sp. BACA0355). The extract’s composition revealed by ESI-HR-LC-MS/MS shows that chemodiversity was mainly determined by the strain's phylogenetic relation than by their original habitat. Metabolomic data was used in a feature-based molecular network to identify several mass peaks potentially linked to the observed bioactivities. This approach highlighted several strains, compound classes, and mass peaks as promising candidates for further bioactive compound research, with potential applications in biotechnology and pharmaceuticals. Overall, this work reinforces the Azores as a source of unique genetic resources with a high impact on the cyanobacteria taxonomic system and the need to study these novel resources in the biotechnological and pharmaceutical fields. The high taxonomical variability and reported bioactivity support the possible existence of many new high-value biological active compounds. | eng |
| dc.identifier.tid | 101732627 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.3/8904 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.rights.uri | N/A | |
| dc.subject | taxonomy | |
| dc.subject | polyphasic approach | |
| dc.subject | novel genera | |
| dc.subject | novel species | |
| dc.subject | chemodiversity | |
| dc.subject | biotechnological applications | |
| dc.subject | lipid-reduction | |
| dc.subject | antisteatosis | |
| dc.subject | metabolomic | |
| dc.subject | genomic | |
| dc.title | Using a polyphasic approach for exploring secondary metabolites from freshwater and thermal cyanobacteria strains from Azores islands | por |
| dc.type | doctoral thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| thesis.degree.name | Doutoramento |
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