ESTM - Mestrado em Biotecnologia dos Recursos Marinhos
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Browsing ESTM - Mestrado em Biotecnologia dos Recursos Marinhos by Field of Science and Technology (FOS) "Ciências Naturais"
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- Accumulation of microplastics in North Atlantic sharks: causes, potential effects, and bioremediation strategiesPublication . Casado, Roger Busom; Novais, Sara Calçada; Bessa, Ana Filipa Silva; Ceia, Filipe Rafael dos SantosO plástico é um material versátil amplamente utilizado em muitos setores económicos e tem sido produzido em massa desde a década de 1950. No entanto, o plástico é composto por polímeros de difícil degradação que, devido à gestão inadequada atual e outros fatores, resulta na acumulação de grandes quantidades desses polímeros em diferentes ecossistemas da Terra, incluindo nos oceanos. Como o plástico é ubíquo em vários sistemas oceânicos, eventualmente interage com organismos marinhos, levando a eventos de emaranhamento ou ingestão. Muitos estudos têm demonstrado a acumulação de macro- e microplásticos em organismos marinhos. Entre eles, os predadores de topo de vida longa são muito propensos a acumular grandes quantidades de resíduos plásticos devido aos processos de bioacumulação e biomagnificação. Por essa razão, os tubarões carnívoros podem ser considerados bons sentinelas de contaminação por microplásticos, devido à sua alta posição trófica e à diversidade de habitats que podem ocupar (ou seja, desde bentónicos a pelágicos e de ambientes costeiros a oceânicos). O principal objetivo da presente tese foi avaliar a acumulação de microplásticos e outras partículas antropogênicas na espécie de tubarão bentónico Scyliorhinus canicula e compará-la aos dados gerados para o tubarão pelágico Prionace glauca da mesma área geográfica, com ambos os estudos seguindo a mesma metodologia. Tal teve como propósito avaliar diferenças na ingestão de partículas antropogénicas entre os dois tubarões, com a hipótese de que o lixo antropogénico não se acumula uniformemente em diferentes zonas marinhas e, portanto, os organismos marinhos podem tender a acumular partículas antropogénicas mais presentes nos seus respetivos ecossistemas. Além disso, também se pretendia avaliar se os resultados do presente estudo estariam alinhados com a literatura existente sobre a acumulação de partículas antropogénicas em outros tubarões e ecossistemas marinhos (ou seja, água do mar e leito oceânico). Por último, este trabalho também visou estudar como parâmetros digestivos, como enzimas e condições de pH ácido, poderiam afetar as partículas antropogénicas retidas no trato gastrointestinal dos tubarões, a fim de entender que mudanças as partículas antropogénicas podem sofrer durante a sua passagem pelo trato digestivo do tubarão. Além disso, o estudo dos efeitos enzimáticos sobre os plásticos também visou avaliar o potencial biotecnológico dessas enzimas digestivas para a degradação de plásticos. Os resultados mostraram uma incidência de 100% de partículas antropogénicas em ambos os tubarões, com Scyliorhinus canicula acumulando menos partículas por indivíduo (7.84 ± 3.49) do que Prionace glauca (36.31 ± 23.7). Em relação à forma dos itens ingeridos, os tubarões pata-roxa acumularam até 4 vezes menos fragmentos do que os tubarões-azuis. No entanto, para ambos os tubarões, as fibras foram a forma de partículas mais acumulada. Em relação ao tipo de polímero, S. canicula ingeriu principalmente partículas de origem natural (por exemplo, celulose, algodão e outros) e a maioria dos itens ingeridos tinha uma densidade maior do que a da água do mar (flutuação negativa), enquanto P. glauca ingeriu principalmente itens de origem sintética (por exemplo, polietileno, polipropileno e outros), e uma grande proporção das partículas acumuladas tinha uma densidade menor que a da água do mar (flutuação positiva). Por último, em relação aos testes digestivos in vitro, ao simular algumas das condições do trato gastrointestinal dos tubarões, a enzima pepsina foi capaz de causar perda de peso em filamentos de poliamida (4.64%), em filmes de polietileno de baixa densidade (2.32%) e causou alterações estruturais em fibras de algodão. Este estudo destaca a importância de monitorizar a ingestão de partículas antropogénicas em predadores de topo para demonstrar ainda mais a vulnerabilidade desses organismos marinhos à acumulação de lixo marinho, o que pode resultar em potenciais impactos para a saúde dos mesmos, ao mesmo tempo em que oferece informações sobre os diferentes níveis de poluição antropogênica em diferentes áreas marinhas (bentônicas versus pelágicas). Além disso, este estudo também destaca a importância de compreender como as partículas ingeridas se podem comportar dentro do trato digestivo dos organismos para futuramente explorar os seus possíveis efeitos.
- Comparative study of biological activities of macroalgae after decoction and infusionPublication . Caetano, Miguel Forte; Pinheiro, Maria Joaquina da Cunha; Ganhão, Rui Manuel ManetaNas últimas décadas, as macroalgas têm vindo a despertar o interesse na comunidade científica devido à sua riqueza em termos nutricionais bem como ao seu elevado teor em compostos bioativos com potencial de aplicação na área alimentar. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o efeito do processo de infusão e decocção em duas espécies de macroalgas, verde e castanha, Ulva sp. e Fucus vesiculosus, respetivamente. Para tal, foram testadas duas proporções de macroalga e água (1:16 e 1:50 g/mL), e tempos de tratamento de 5 e 15 minutos no caso da infusão, e de 15 e 30 minutos na decocção. Posteriormente, atributos de qualidade como o teor de sólidos solúveis (TSS, % ºBrix), o pH e a cor (CIE L*a*b*), bem como o teor de fenólicos totais (TPC) e a capacidade antioxidante expressa por diferentes metodologias como captura do radical livre DPPH e capacidade de redução do Fe (III) foram avaliados nos extratos sem tratamento (CTR) e após infusão (INF) e decocção (DEC). A qualidade dos extratos das macroalgas verde e castanha manteve-se em termos maioritários de forma similar nos atributos avaliados. No entanto, a decocção aplicada na proporção de macroalga Fucus vesiculosus e água de 1:50 (g/mL) durante 30 minutos conduziu a alterações significativas de cor, nomeadamente no parâmetro de cor b*, que reflete a coloração amarela. De uma forma geral, também se verificou que a decocção conduziu a uma maior extração de compostos fenólicos, bem como ao aumento da capacidade antioxidante, quando comparado com os resultados obtidos nas respetivas amostras controlo. Neste sentido, conclui-se que processos como a infusão e a decocção permitem a extração de compostos de interesse presentes nas macroalgas estudadas e, em particular, na Fucus vesiculosus. Este fato, combinado com a composição nutricional das macroalgas, potenciam a sua inclusão quer na sua forma natural quer como ingrediente natural a ser adicionado a formulações de alimentos da Dieta Mediterrânea.
- Cultivo e Caraterização Bioquímica de Chondracanthus acicularis: Adaptação a Parâmetros Ambientais em Condições de LaboratórioPublication . Sousa, Andreia Vitorino Soares de; Mouga, Teresa Margarida Lopes da Silva; Afonso, Clélia Paulete Correia NevesA macroalga vermelha Chondracanthus acicularis destaca-se pela sua relevância ecológica e biotecnológica, sendo uma fonte de compostos bioativos com aplicações na indústria farmacêutica, cosmética e alimentar. Estudos sobre o seu cultivo, porém, são muito escassos. Este estudo teve, assim, como objetivo investigar o cultivo laboratorial desta espécie, analisando o impacto de diferentes condições de cultivo sobre o crescimento, produtividade e composição bioquímica da biomassa. Ensaios de 14 dias foram realizados utilizando três meios de cultura [Von Stosch Enrichment (VSE), Provasoli Enriched Seawater (PES) e Nutribloom Plus (NB)] e três fontes de luz (branca, LED vermelha e LED azul), sob um fotoperíodo de 12h:12h (luz:escuro). Os resultados indicaram que o meio PES, quando combinado com luz LED vermelha, proporcionou as melhores condições de cultivo, com uma taxa média de crescimento relativo (TCR) de 1,0 % dia-1. Por outro lado, o meio NB e a luz LED azul resultaram em TCR negativa, revelando condições inadequadas para o desenvolvimento da alga. A biomassa cultivada em PES e luz branca também apresentou valores mais elevados de produtividade (39,9 g PS m-3 dia-1), reforçando a eficiência destas condições. As análises bioquímicas mostraram concentrações superiores de ficoeritrina (55,26 μg mL-1) e ficocianina (8,50 μg mL-1) nas condições de luz branca e azul, respetivamente, destacando a influência da luz na síntese de pigmentos. A biomassa cultivada apresentou um teor de matéria orgânica superior (72,94 % PS) em comparação com a biomassa selvagem (69,20 % PS), confirmando a viabilidade do cultivo controlado para maximizar a produção de compostos de interesse biotecnológico. Conclui-se que o cultivo laboratorial de C. acicularis é uma alternativa sustentável à colheita selvagem, promovendo a exploração racional dos recursos naturais marinhos. Este estudo reforça a importância de parâmetros como o meio de cultura e o tipo de luz no desenvolvimento de estratégias de cultivo mais eficientes, contribuindo para o avanço das aplicações biotecnológicas desta espécie.
- Evaluation of phytotoxicity of seaweed extracts from the Portuguese coast on tomato plantsPublication . Durán Clerque, Roberto Fernando; Lemos, Marco Filipe Loureiro; Félix, Carina Rafaela Faria da Costa; Alves, Celso Miguel da MaiaPrevê-se que a população mundial mantenha um crescimento constante nos próximos anos, pelo que a gestão correcta da agricultura é imperativa para responder adequadamente à crescente procura de alimentos. Esta procura elevada levou à intensificação das actividades agrícolas, incluindo a implementação de produtos fitofarmacêuticos destinados a proteger os cultivos de organismos nocivos, pragas e doenças. Mas a utilização destas estratégias químicas apresenta efeitos nocivos para o ambiente e para a saúde humana. Neste contexto, o ambiente marinho representa uma fonte ampla e valiosa de novos compostos interessantes para substituir os atualmente utilizados. Embora os compostos de origem natural sejam considerados seguros para o consumo humano, o estudo do impacto real da sua aplicação continua a ser indispensável. Assim, o objetivo desta dissertação foi avaliar o potencial antioxidante de vinte e quatro extractos diferentes produzidos a partir das algas marinhas Asparagopsis armata, Codium sp., Fucus vesiculosus e Sargassum muticum, bem como a fitotoxicidade dos extractos aquoso e hidroetanólico. A preparação dos extractos foi realizada através de uma extração sólido-líquido com água, etanol e água (75:25), apenas etanol, acetato de etilo e n-hexano como solventes. No que diz respeito às actividades biológicas, a atividade antioxidante dos compostos foi avaliada através dos métodos 2,2-difenil-1-picrilhidrazil (DPPH), capacidade de absorção do radical oxigénio (ORAC) e poder antioxidante redutor férrico (FRAP), bem como o conteúdo fenólico total (TPC). O efeito fitotóxico foi avaliado, em primeiro lugar, por um ensaio in vitro de punção das folhas, no qual folhas destacadas de tomateiro (Solanum lycopersicum; Solanaceae) foram aplicadas extractos previamente preparados em três concentrações diferentes (0,1; 0,5; e 1,0 mg/mL). Posteriormente, uma segunda abordagem foi avaliada em um ensaio in vivo em estufa, onde extratos aquosos liofilizados e hidroetanólicos foram aplicados em plantas de tomate por pulverização, semanalmente, durante 42 dias. A análise dos extractos revelou valores baixos de conteúdo fenólico total. Os extractos hidroetanólico e etanólico de F. vesiculosus apresentaram os valores mais 2 elevados. No contexto da atividade de redução do radical DPPH, F. vesiculosus (hidroetanólico, etanólico e acetato de etilo), A. armata (acetato de etilo) e S. muticum (etanólico) apresentaram os resultados mais promissores, reduzindo mais de 50% do radical DPPH. Relativamente ao método FRAP, os resultados foram significativamente inferiores aos do BHT. Por outro lado, o resultado obtido no método ORAC foi significativamente superior ao do BHT, mas ainda muito baixo em comparação com outros compostos antioxidantes, como o ácido ascórbico. Em relação ao ensaio de punção foliar, os extractos não apresentaram diferenças significativas quando comparados com os controlos avaliados. Por outro lado, as plantas em estudo in vivo após 42 dias de tratamento não mostraram nem fitotoxicidade nem efeito bioestimulante. Em conclusão, foram obtidos diferentes extractos de quatro algas marinhas diferentes e, globalmente, mostraram uma fraca capacidade antioxidante. Não se verificou qualquer efeito de fitotoxicidade nas plantas, no entanto, a temperatura elevada durante o período experimental na estufa foi um fator que afectou negativamente o crescimento das plantas de tomate. Embora nas condições apresentadas não tenha havido efeito positivo nas plantas, o facto de não ter apresentado efeito negativo e fitotoxicidade é favorável ao desenvolvimento de produtos com outras acções, como os biopesticidas.
- Evaluation of the impact of abiotic factors on the production of phycobiliproteins and exopolysaccharides in a microalga from the phylum RhodophytaPublication . Correia, Carlos Eduardo Santos; Carneiro, Mariana; Afonso, Clélia Paulete Correia NevesNuma era em que a sustentabilidade e a inovação biotecnológica têm grande importância, as microalgas emergem como um ponto central de investigação e desenvolvimento. Estes organismos microscópicos oferecem uma riqueza de promessas em diversos setores, incluindo na alimentação humana e rações, cosmética, farmacêutica e outras aplicações biotecnológicas, devido à sua capacidade de produzir metabólitos de elevado valor. Para atender à procura global por compostos metabolizados por microalgas e garantir a sua produção sustentável, é necessário alcançar uma produção competitiva em termos de preço/qualidade dos produtos obtidos. Neste estágio de mestrado, a atenção centrou-se numa Rhodophyta, designada RHM, amplamente conhecida pelo seu potencial comercial e biotecnológico. Através de diversas experiências em escala laboratorial, procurou-se não apenas maximizar a produção de biomassa, mas também compreender melhor os mecanismos regulatórios que governam a síntese de ficobiliproteínas e polissacarídeos extracelulares. Os resultados para as condições ideais para o cultivo de Rhodophyta envolveram uma irradiância de 320 μmol fotões/m²/s, temperaturas de primavera (12.1–20.2°C) de Olhão, pH 8 e uma relação N:P de 20, alinhando-se com as preferências da espécie. Medidas de proteção são essenciais contra a irradiância excessiva, visto que as baixas temperaturas e os baixos níveis de pH surgem como limitações severas ao crescimento, indicadas por valores baixos de FV/FM associados ao stress nas culturas. Precisamente as condições que levaram a valores baixos de FV/FM mostraram-se benéficas para a produção de polissacarídeos extracelulares. Quanto à produção de ficobiliproteínas, verificou-se que temperaturas mais elevadas aumentam o rendimento, conforme demonstrado nas condições de verão do experimento de temperatura e de irradiação. Para otimizar a extração e quantificação de ficobiliproteínas em diversas condições, um período de congelamento de 24 horas em conjunto com água destilada como solvente mostrou a maior eficiência de extração.
- Óleos essenciais de macroalgas: Avaliação da capacidade antioxidantePublication . Bordonhos, Lucinda Maria Marques da Rocha; Pinheiro, Maria Joaquina da Cunha; Ganhão, Rui Manuel ManetaNos dias de hoje, as macroalgas têm vindo a ser cada vez mais apreciadas pelos consumidores, devido a uma maior procura por alimentos inovadores e saudáveis. As macroalgas são um recurso marinho que apresenta propriedades de relevo, como a elevada capacidade antioxidante, antibacteriana, anticancerosa, entre outras. Neste sentido, a procura por óleos essenciais tem vindo a crescer ao longo dos últimos anos, tanto na indústria alimentar e cosmética como na área medicinal. No presente estudo, avaliou-se o impacto da metodologia de hidrodestilação em duas macroalgas comumente encontradas na Costa Portuguesa, Fucus vesiculosus e Gracilaria gracilis, avaliando também os respetivos componentes extraídos no óleo essencial, água de decocção e hidrolato. Estes foram avaliados relativamente ao seu teor de fenólicos totais (TPC), e o seu potencial antioxidante expresso pela absorção do radical livre 2,2-difenil-1-picrilhidrazilo (DPPH) e capacidade de redução do ião férrico (FRAP). Foi efetuada também a análise dos compostos voláteis presentes nos óleos essenciais de ambas as algas por cromatografia gasosa acoplada a espetrometria de massa (CG-MS). Relativamente ao teor de fenólicos totais, entre as duas macroalgas observaram-se diferenças (P< 0.05, teste Tukey) relativamente ao extrato da água de decocção onde a Fucus vesiculosus obteve 1.57 ± 0.05 mg EAG e a Gracilaria gracilis 1.31± 0.04 mg EAG por grama de extrato. A capacidade antioxidante expressa pelo método de DPPH, verificou-se em ambas as macroalgas valores similares (P > 0.05, teste Tukey), no extrato de óleo essencial. Por outro lado, o extrato da água de decocção e o hidrolato da macroalga Fucus vesiculosus revelaram uma capacidade antioxidante superior e significativamente diferente (P < 0.05, teste Tukey) quando comparado com os valores obtidos na Gracilaria gracilis, 82.14%, 53.74% e 60.04%, 50.61%, respetivamente. No que diz respeito à capacidade antioxidante expressa pelo método FRAP, o óleo essencial foi o componente que se demarcou de forma significativa, sendo que a Fucus vesiculosus registou o valor médio de 15.43 µM FeSO4/g e a Gracilaria gracilis 32.19 µM FeSO4/g. Na análise dos compostos voláteis presentes nos óleos essenciais de ambas as macroalgas, foi notória a presença em maior proporção do ácido palmítico na Gracilaria gracilis (84.4%) e o ácido mirístico na macroalga Fucus vesiculosus (82.4%). Em termos globais, foi possível evidenciar a capacidade antioxidante e a presença de ácidos gordos naturais após a hidrodestilação da macroalga Fucus vesiculosus e Gracilaria gracilis, perspetivando-se no futuro uma utilização eficiente nas diversas indústrias de modo a proporcionar benefícios ao consumidor.
- Seaweed potencial to fight Erwinia amylovora, the causal agent of fire blightPublication . Batista, Daniela Marina Antunes; Lemos, Marco Filipe Loureiro; Félix, Carina Rafaela Faria da Costa; Novais, Sara CalçadaOne of the primary challenges that agriculture faces is the significant loss of food caused by microbial diseases, which can devastate entire crops, leading to a substantial reduction in crop yields and decreased economic profits. Approximately 16% of crop losses are attributed to phytopathogens, resulting in food shortages, malnutrition, poverty, and broader societal issues. Fire blight, a disease caused by the bacterium Erwinia amylovora, has been responsible for the destruction of pear and apple orchards and other crops worldwide, leading to a considerable decline in production and significant economic losses. Currently, effective methods to control this disease are lacking, as the available products, primarily antibiotics and copper-based compounds, have been banned or highly restricted in the European Union due to their negative environmental and human health impacts. Hence, it is crucial to find more sustainable and safer alternatives that are effective against this disease. Seaweeds have long exhibited substantial antimicrobial properties against a wide range of microorganisms. In Portugal, a country with an extensive coastline, there is a significant diversity of seaweeds, both native and invasive, making these organisms excellent candidates for the search of bioactive compounds capable of inhibiting the growth of E. amylovora. Therefore, this study aimed to isolate a virulent strain of E. amylovora from pear trees and assess the antimicrobial potential and mechanisms of action of seaweed extracts from Asparagopsis armata, Sargassum muticum, Fucus vesiculosus, and Codium sp. Twenty extracts were tested at 3 different concentrations. The most notable result obtained in the antimicrobial screening was achieved for the ethanolic extract of A. armata, which demonstrated a growth inhibition of E. amylovora of 97% at 1mg.mL-1. Taking this promising result in consideration, this A. armata extract was selected to further understand its mechanistic effects on biofilm and amylovoran production and swarming motility, three relevant mechanisms associated with the pathogenesis of this bacterium. It was possible to observe that the ethanolic extract of A. armata did not inhibit the biofilm formation, but the amylovoran production was mostly reduced in the presence of low concentrations, such as 0.1 mg.mL-1. Regarding the swarming motility assay, higher concentrations (0.5 and 1 mg.mL-1) showed a capacity to avoid the adherence of the bacteria to solid medium. This behaviour of E. amylovora in the presence of extract may be associated to several compounds found in the extract, known to have antibacterial properties, such as 3-bromohexadecanoic acid and monogalactosyldiacylglycerol, among other compounds known for their relevant activity as antimicrobials.