ESTM - Mestrado em Biotecnologia dos Recursos Marinhos
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- Evaluation of the biotechnological potential of algae extracts against anthracnose in olivesPublication . Silva, Afonso Henriques da; Félix, Carina Rafaela Faria da Costa; Lemos, Marco Filipe Loureiro; Esteves, , Ana Cristina de FragaThe olive tree (Olea europaea) is one of the most important crops in the Mediterranean region, with a significant economic, social and cultural impact, being the olive oil production a strategic sector in Portugal. However, the crop faces phytosanitary challenges, namely anthracnose, caused by species of the fungal genus Colletotrichum, which causes significant losses in fruit quality and production. Extracts from marine organisms have emerged as promising alternatives in view of the growing demand for sustainable and environmentally safe solutions. In this context, the aim of this study was to evaluate the antifungal potential of marine algae extracts against Colletotrichum sp. Extracts from five species of algae were obtained from the macroalgae Asparagopsis armata, Fucus vesiculosus and Sargassum muticum, as well as the dinoflagellate microalgae Amphidinium carterae and Coolia monotis. The initial phase included in vitro tests to assess the ability of these extracts to inhibit mycelial growth and spore germination of Colletotrichum sp. Subsequently, the most promising extracts were tested on olives, simulating the infection under close-to-real conditions. At the same time, toxicity of the extracts was evaluated to ensure their safety for the plants and fruits. The results showed that Fucus vesiculosus extracts had the highest antifungal efficacy, with 27.3% inhibition of mycelial growth in vitro and a 36.4% reduction in infection in olives. No toxicity was observed in olive leaves or fruit, further reinforcing the potential of this species. This study demonstrates the potential of seaweed extracts as biocontrol agents against fungi of the genus Colletotrichum in olive groves, contributing to the development of innovative and environmentally safe alternatives within the scope of more sustainable agriculture.
- Estudo comparativo do perfil químico e das bioatividades de três macroalgas marinhas em diferentes contextos ecológicosPublication . Matias, Margarida Henriques; Mouga, Teresa Margarida Lopes da Silva; Afonso, Clélia Paulete Correia NevesEsta dissertação teve como principal objetivo comparar três espécies de macroalgas – Gracilaria gracilis, Sargassum muticum e Ulva sp. – colhidas em épocas distintas do ano e em locais distintos da costa portuguesa, através da caraterização do perfil bioquímico e das bioatividades (antimicrobianas, antioxidantes e bioestimulantes). A caraterização ecológica dos locais demonstrou condições ambientais contrastantes: a Figueira da Foz apresenta forte influência marítima e alguma fluvial, com águas relativamente frias; a Lagoa de Óbidos é marcada por águas calmas e elevada variabilidade físico-química; e Peniche carateriza-se pelas praias rochosas, sujeitas a forte agitação marítima. Estas diferenças refletem-se sobretudo na salinidade e no oxigénio dissolvido, condicionando a fisiologia e a composição bioquímica das algas. Em diferentes análises observaram-se diferenças significativas entre espécies e também entre locais, enquanto a sazonalidade mostrou menor impacto nos resultados. Os resultados mostraram que o teor de humidade é superior nas amostras colhidas em setembro/novembro, indicando um efeito sazonal. No teor de cinzas, G. gracilis possui os teores mais baixos, sem diferenças significativas entre épocas e locais. Quanto ao conteúdo mineral, destaca-se o cálcio, variando entre 1,91 e 17,91 mg/g, enquanto o arsénio excede os limites regulamentados, em todas as amostras. Além disso, a G. gracilis apresentou o maior teor de hidratos de carbono, enquanto o teor proteico variou entre espécies, com a Ulva sp. de Buarcos de março (UBM) a obter o valor máximo (4,78%). Relativamente à matéria gorda total, a Ulva sp., registou o valor mais baixo (0,52%), enquanto o S. muticum apresentou o valor máximo (3,23%), exibindo predominantemente ácido palmítico (C16:0) e ácido oleico (C18:1 n9 cis). O rácio ómega-6/ómega-3, por sua vez, é superior a 1 nas amostras de S. muticum (entre 1,9 e 2,73) e maioritariamente inferior a 1 na Ulva sp., exceto na UBM. Na análise dos pigmentos fotossintéticos, a clorofila a é o pigmento mais abundante, atingindo 8,45 mg/g em S. muticum. Adicionalmente, a fucoxantina variou entre 0,77 e 1,87 mg/g em S. muticum e a ficoeritrina-R oscilou entre 0,047 e 0,549 mg/g em G. gracilis. Também se verificou que a abundância de pigmentos é fortemente influenciada pelo local de recolha. Os extratos hidroetanólicos não exibiram atividade antimicrobiana relevante, mas demonstraram forte atividade antioxidante, destacando-se a UBM (93,85% de inibição no DPPH e 564,16 μmol Fe/g no FRAP). No QTP, por sua vez, destacou-se o S. muticum de Óbidos em março, com uma concentração de 38,42 mg GAE/g. As frações residuais dos extratos revelaram um elevado potencial bioestimulante nas sementes de alface e tomate, sendo que, relativamente ao crescimento, destaca-se a Ulva sp.. Estas descobertas evidenciam que a composição bioquímica e as bioatividades das espécies em estudo são influenciadas pela espécie, pelo local e pela sazonalidade, realçando o seu potencial como recursos de valor acrescentado na área nutricional, agronómico e biotecnológico.
- Sustentabilidade & Sabor: Explorando o Potencial da Bolota e dos Recursos Marinhos na Produção de Bebidas Vegetais Funcionais e InovadorasPublication . Godinho, Daniela Alexandra Santos; Bernardino, Raúl José Silvério; Bernardino, Susana Maria da Silva Agostinho; Afonso, Clélia Paulete Correia NevesA bolota, fruto de diferentes espécies do género Quercus, tem sido historicamente subvalorizada na alimentação humana, em grande parte devido à sua associação a períodos de escassez, apesar do seu reconhecido potencial nutricional e funcional. Este trabalho teve como objetivos caracterizar o perfil nutricional e funcional de três espécies (Quercus robur, Quercus suber e Quercus rotundifolia), explorar a sua aplicação no desenvolvimento de novos produtos alimentares e avaliar o impacto do alginato na estabilidade e tempo de prateleira da bebida vegetal desenvolvida. A caracterização revelou diferenças significativas entre espécies: Q. rotundifolia destacou-se pelo seu elevado teor lipídico, Q. suber pela maior riqueza mineral, e Q. robur pela sua capacidade antioxidante, confirmando a influência de fatores intrínsecos e ambientais na composição da matéria-prima. Na formulação da bebida vegetal de bolota, foi possível desenvolver um produto sensorialmente neutro, estável durante 63 dias de armazenamento refrigerado e com perfil nutricional caracterizado por baixo valor energético (27 kcal/100 mL), teor lipídico moderado (2,10 g/100 mL, maioritariamente composto por ácidos gordos monoinsaturados) e reduzido teor proteico (0,35 g/100 mL). A adição do alginato revelou-se fundamental para a estabilidade física, prevenindo a separação de fases, além de contribuir para uma maior manutenção da atividade antioxidante ao longo do tempo. Do ponto de vista microbiológico, o tratamento térmico aplicado (90ºC/5 min) mostrou-se eficaz, assegurando a segurança do produto durante todo o armazenamento. No caso do pudim de bolota, a adaptação da receita tradicional originou uma sobremesa sensorialmente bem aceite e com composição nutricional comparável à de pudins comerciais (268 kcal/100 g; 4,51 g lípidos/100 g; 52,96 g hidratos de carbono/100 g; 3,81 g proteína/100 g). O sabor destacou-se como o atributo mais valorizado, reforçando o potencial da bolota para aplicação em sobremesas. De forma global, os resultados obtidos confirmam que a bolota é uma matéria-prima com elevado potencial de valorização para o setor alimentar, permitindo o desenvolvimento de produtos diferenciados, nutricionalmente interessantes e sustentáveis. O uso de alginato demonstrou uma elevada relevância, não só pela contribuição para a estabilidade tecnológica da bebida, mas também pelo impacto positivo na preservação da sua atividade antioxidante.
- Desenvolvimento de Protocolos e Materiais Didáticos para o ensino da Biotecnologia Marinha nos PALOPPublication . Pereira, Paulino Victor; Afonso, Clélia Paulete Correia Neves; Mouga, Teresa Margarida Lopes da SilvaO ensino de Ciências baseado em práticas experimentais enfrenta desafios significativos nos Países Africanos de Língua Oficial Portuguesa (PALOP), como a escassez de laboratórios, de materiais didáticos e a limitada formação de professores. Apesar dessas limitações, é possível implementar um ensino mais prático e participativo por meio de abordagens criativas e do uso de recursos acessíveis. Experiências desenvolvidas em Moçambique, Cabo Verde, Angola e Guiné-Bissau revelam diferentes graus de aplicação desse modelo e obstáculos específicos em cada contexto nacional. As metodologias ativas, que colocam o estudante no centro do processo de aprendizagem, contribuem para o desenvolvimento do pensamento crítico, da autonomia e da construção do conhecimento, com o docente atuando como facilitador. A biotecnologia, particularmente a sua vertente marinha, embora detenha grande potencial científico, económico e ambiental, ainda é pouco explorada nos currículos do ensino secundário dos PALOP. Com o objetivo de inserir essa temática de forma contextualizada e viável, foram desenvolvidos protocolos laboratoriais simples, pedagógicos e de baixo custo, baseados em recursos naturais locais e práticas sustentáveis. Foram desenvolvidos trabalhos práticos sobre a extração de DNA a partir de furtos tropicais, sobre o estudo dos fatores físicos e químicos que afetam a integridade da membrana plasmática em células de beringela, e sobre a utilização das antocianinas extraídas da casca de beringela, para a obtenção de uma escala de pH. Foi também criado um protocolo para a análise de dureza e resistência à acidificação de conchas marinhas e outro para a extração e separação de pigmentos fotossintéticos de cianobactérias e macroalgas marinhas. Finalmente foi desenvolvido um protocolo para a avaliação da capacidade de biorremediação do mexilhão em águas de purga de uma aquacultura de corvina. Tais atividades buscaram não apenas apoiar professores e escolas, mas também estimular o interesse dos estudantes pelas ciências, promover o aproveitamento dos ecossistemas marinhos e contribuir para o desenvolvimento sustentável das comunidades. Este trabalho configura-se como uma contribuição relevante para a qualificação do ensino de Ciências nos PALOP, ao propor práticas pedagógicas inovadoras, inclusivas e adaptadas às realidades locais.
- 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.
- Seaweed exploration by sustainable technologies - Evaluation of their antifouling and bioremediation potentialPublication . Gaspar, Juliana Antunes; Martins, Alice Isabel Mendes; Pintéus, Susete Filipa Gonçalves; Homem, Ana Sofia Dias MestreBiofouling is the accumulation and growth of micro- and macroorganisms on submerged artificial structures or living surfaces. This process leads to increased fuel consumption and maintenance costs, reduced efficiency of equipment, and contributes to the spread of invasive species, while increasing greenhouse gas emissions. This study explores the antifouling potential of the invasive seaweed Undaria pinnatifida crude extracts obtained with water, ethanol, n-hexane and ethyl acetate, through evaluation of inhibition of bacteria growth, biofilm formation, quorum sensing, and acetylcholinesterase and tyrosinase activities, two enzymes involved in macroinvertebrates settlement process. The results were compared with the ones obtained with methanol and dichloromethane extracts. A field assay was also carried out. Aiming a circular economy approach, the study also investigates biochar produced from the intact and post-extracted seaweed biomass, by pyrolysis process (800 °C and 400 °C), hydrothermal carbonization (170 °C) and activation by a steam process (700 °C), assessing its properties and potential for water bioremediation through adsorption of ibuprofen, diclofenac and paracetamol. While the ethanol: water (50:50) afforded the highest extraction yield (10.3%), the extracts obtained with n-hexane and ethyl acetate, showed the broadest antimicrobial spectrum, exhibiting the highest potency against Citricoccus sp., (IC50 of 203.1 μg/mL and 435.2 μg/mL, respectively). The n-hexane extract also showed the highest capacity to inhibit the diatoms Chaetoceros calcitrans and Amphora sp. growth (10 mm and 8 mm inhibition halo, respectively). Concerning the anti-enzymatic activity, the ethyl acetate extract exhibited significant tyrosinase inhibition with an IC50 of 643 μg/mL. In the field test, in the assayed conditions, U. pinnatifida extracts did not reduce the biofouling process. Pyrolysis at lower temperatures (400 °C) yielded a higher biochar amount of 30-40%, whereas hydrochar synthesis yielded 27-31%. Biochars showed a range of ash content, with values between 53-80% at high pyrolysis temperatures. Surface areas increased with temperature and post-synthesis washing, yielding a maximum of 138 m²/g in pyrochar of post-extracted biomass. Undaria-derived biochar may be suited as a fertilizer, for adsorption of heavy metals or oxidation processes. This study aligns with the principles of a circular economy by exploring the valorization of U. pinnatifida, an invasive species, to create high-value, sustainable antifouling agents and biochars.
- Anabaena cylindrica – Revisão de conhecimentosPublication . Lage, Luís Salvador do Amaral; Mouga, Teresa Margarida Lopes da Silva; Afonso, Clélia Paulete Correia Neves; Chagas, Bárbara FerreiraAs alterações climáticas têm vindo a desequilibrar ecossistemas por todo o mundo, com foco especial ao aumento global de temperatura, que tem afetado tanto a vida terrestre como a vida marinha. Com o aumento da temperatura da água, tem se observado com mais frequência o aparecimento de “blooms” de microrganismos fotossintéticos, sendo as cianobactérias, um dos principais responsáveis, por estes fenómenos. As cianobactérias do género Anabaena sp. são procariotas fotossintéticos multicelulares filamentosos, que exibem estratégias de fixação do azoto atmosférico, através da presença de células especializadas, denominadas de heterocistos, que lhes permitem sobreviver em vários ambientes, bem como a capacidade de desenvolver acinetos, que são células especializadas de resistência, quando as condições são desfavoráveis ao seu crescimento. Produzem também toxinas, que podem ter impactos devastadores para o ecossistema e para a saúde humana. As cianobactérias têm vindo a ser identificadas como fonte de compostos de interesse como os exopolissacáridos e pigmentos, maioritariamente sobre a forma de ficobiliproteínas, ambos são desejados para as indústrias de cosmética, alimentação e farmacêutica. Neste trabalho pretende-se expor que conhecimentos há atualmente sobre cianobactérias, com especial atenção para a espécie Anabaena cylindrica, abordando temas como, os compostos ativos produzidos, destacando-se os exopolissacáridos e as ficobiliproteínas, as metodologias de cultivo e de recolha de biomassa e os processos de purificação.
- Estudo comparativo da amostra de Kelps selvagens e de cultivo, para obtenção de bioprodutos de elevado valorPublication . Ferreira, Henrique Silva; Mouga, Teresa Margarida Lopes da Silva; Afonso, Clélia Paulete Correia Neves; Lourenço, Sílvia Alexandra PereiraO objetivo principal desta dissertação foi comparar as amostras de macroalgas castanhas selvagens (Laminaria ochroleuca e Saccorhiza polyschides) e de cultivo (Macrocystis pyrifera), assim como a fração não solúvel resultante da extração aquosa de Macrocystis pyrifera, denominada como resíduo de extração aquosa. A intenção foi caracterizar as diferentes amostras, visando a produção de bioprodutos de elevado valor, explorando assim o potencial bioquímico e as bioatividades. Em termos gerais e tal como esperado, tanto o resíduo como as macroalgas, apresentam uma baixa percentagem de lípidos. O valor mais baixo de matéria gorda total foi registado em Macrocystis pyrifera (1,3%), enquanto as restantes amostras tiveram valores superiores: o resíduo apresentou teor lipídico de 2,4%, a Laminaria ochroleuca de 2,8% e a Saccorhiza polyschides apresentou um valor de 3,3%. É de salientar a proporção de vários ácidos gordos como o ácido palmítico (C16:0), o ácido oleico (C18:1n9 cis), ácido α-linolénico (ALA, C18:3) e ácido eicosapentaenóico (EPA, C20:5). O rácio ómega-6/ómega-3 foi superior a 1 em todas as macroalgas, exceto no resíduo. O teor proteico das amostras foi de aproximadamente 9% DW. Quanto à quantificação elementar, foram detetados vários minerais essenciais como o fósforo, potássio e cálcio. O elemento dominante nesse ensaio foi o potássio, quantificado em maior proporção na Macrocystis pyrifera e no resíduo de extração aquosa, com valores de 67,72 e 56,07 mg.g-1, respetivamente. Destaca-se a deteção de arsénio, um metal pesado. Os extratos hidroetanólicos das mesmas amostras, não apresentaram capacidade para redução significativa do radical DPPH. Relativamente à redução do ião Fe3+, todas as amostras testadas apresentaram atividade. O resíduo de extração e a Saccorhiza polyschides apresentaram o conteúdo mais elevado de polifenóis (4,86 e 4,94 mg GAE.g-1 extrato, respetivamente). Nenhuma das amostras apresentou atividade antimicrobiana contra Escherichia coli e Micrococcus luteus.
- Otimização e validação de protocolos para deteção e quantificação de VNN em peixes de aquaculturaPublication . Costa, João Nuno Agostinho Mateus da; Felício, Verónica Manuela Rôxo; Baptista, Teresa Maria CoelhoAs doenças no setor da aquacultura são um dos maiores problemas, causando enormes perdas económicas e na produção. As doenças virais são as que apresentam mais riscos, devido à sua capacidade de transmissão e ao facto de existirem poucos tratamentos ou medidas preventivas eficazes. O vírus da necrose nervosa (VNN) é um dos vírus mais preocupantes atualmente, pois afeta uma grande diversidade de peixes causando taxas de mortalidade próximas de 100%, especialmente nos estágios de larva e juvenil do ciclo de vida dos peixes. Atualmente, não existe um método de tratamento ou de controlo da infeção por VNN. Assim, é necessário o desenvolvimento de medidas que permitam diminuir as infeções por este vírus, como as técnicas de identificação e quantificação, que podem permitir evitar surtos maiores e, consequentemente, maiores perdas. Este estudo teve como objetivo a otimização de protocolos de identificação e quantificação de VNN, diversas matrizes, como o cérebro, larvas, ovos, rotíferos, artémia e vírus em suspensã
- Green Synthesis of Silver Nanoparticles from Marine Fungi for Antimicrobial Applications: Preservation of Cultural HeritagePublication . Oliveira, Miguel António Martins de; Novais, Sara Calçada; Campos, Maria Jorge Geraldes; Dias, Juliana RosaNanotechnology is a rapidly expanding field with immense biotechnological potential. Silver nanoparticles (AgNPs) are highly valued for their unique physiochemical and biological properties, although their synthesis conditions can significantly influence these characteristics. Eco-friendly biological methods offer a faster and simpler approach to producing small, stable, and high-yield AgNPs. One promising application of AgNPs is in the preservation of cultural heritage, where recent research has demonstrated their effectiveness in controlling microbial growth and preventing the biodeterioration of valuable historical artefacts. The primary goal of this dissertation was to assess the potential of marine fungi associated with macroalgae for the eco-friendly synthesis of silver nanoparticles, intended as antimicrobial agents for cultural heritage preservation. In the first experimental study, the biosynthesis of AgNPs by cell-free filtrates (CFFs) of eight marine fungal species was evaluated and optimized for nanoparticle size, yield, dispersity, and stability. The use of CFFs from Talaromyces pinophilus, Aspergillus fructus, Purpureocillium lilacinum, Penicillium toxicarium, and Emericellopsis maritima grown under hypo-osmotic conditions (distilled water medium), combined with optimal biosynthesis reaction parameters identified through response surface methodology (pH 10, 100 ºC, 105 min, 1.5 mM AgNO3, and 40% (v/v) CFF), significantly enhanced the production of high yields of predominantly monodispersed AgNPs. The nanoparticles exhibited moderate stability, with a substantial fraction being smaller than 50 nm, except for P. lilacinum which produced larger particles. In the second experimental study, the antibacterial potential of biosynthesised AgNPs was tested against environmental culturable bacteria isolated from mosaic test pieces (MTPs, limestone) exposed in the Roman city of Conímbriga, Portugal. The CFFs, under the previously defined optimized reaction parameters, produced a high yield of polydisperse AgNPs with stable zeta potentials ranging between -20 mV and -40 mV. The AgNPs synthesized by T. pinophilus CFF averaged under 100 nm in size, while the others exceeded 100 nm, but with a significant proportion of small-sized particles. The antibacterial activity of these AgNPs was tested against ten bacterial strains isolated from the MTPs at 25 μg/mL and 6.25 μg/mL. The higher concentration inhibited the growth of nine of the ten isolates, while the lower concentration was effective against three strains. Chryseobacterium sp. exhibited resistance to both concentrations. Additionally, the lower concentration reduced biofilm formation in Janthinobacterium lividum and Microbacterium oxydans, but not in Erwinia persicina. AgNPs synthesised by the CFFs of T. pinophilus and A. fructus showed the greatest antibacterial effectiveness, likely due to their smaller size. In summary, the results of this dissertation highlight the effectiveness and practicality of using marine fungal CFFs to produce AgNPs through an eco-friendly process. These biosynthesised AgNPs demonstrated significant antibacterial properties against bacterial strains that may colonise culturally significant artefacts, underscoring their potential for application in heritage preservation.