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Seaweed potencial to fight Erwinia amylovora, the causal agent of fire blight

2023-12-11Master thesis Restricted access
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datacite.subject.fosCiências Naturaispt_PT
dc.contributor.advisorLemos, Marco Filipe Loureiro
dc.contributor.advisorFélix, Carina Rafaela Faria da Costa
dc.contributor.advisorNovais, Sara Calçada
dc.contributor.authorBatista, Daniela Marina Antunes
dc.date.accessioned2024-01-05T11:47:49Z
dc.date.embargo2026-01-05
dc.date.issued2023-12-11
dc.descriptionThis project was funded by project ORCHESTRA—add-value to ORCHards through thE full valoriSaTion of macRoalgAe (POCI-01-0247-FEDER-070155) cofunded by FEDER— Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional da União Europeia, Portugal2020, through COMPETE 2020—Programa Operacional Competitividade e Internacionalização and through FCT and project OCEANFIRE - Extinguishing fire blight with the sea: the potential of the invasive alga Asparagopsis armata against Erwinia amylovora, funded by Fundação Amélia Da Silva De Mellopt_PT
dc.description.abstractOne 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.pt_PT
dc.description.abstractUm dos principais desafios que a agricultura enfrenta é a perda significativa de alimentos causada por doenças microbianas que podem dizimar culturas inteiras, o que leva a uma redução substancial no rendimento das colheitas, e à diminuição dos lucros económicos. Aproximadamente 16% de perdas nas colheitas são atribuídas a fitopatógenos, o que resulta em escassez de alimentos, desnutrição, pobreza e até questões sociais. O fogo bacteriano, uma doença causada pela bactéria Erwinia amylovora, tem sido responsável pela destruição de pomares de pera e maçã e de outras culturas em todo o mundo, levando a uma considerável queda na produção e a significativas perdas económicas. Atualmente, métodos eficazes para controlar esta doença são escassos, uma vez que os produtos disponíveis, principalmente antibióticos e compostos à base de cobre, foram proibidos ou estão altamente restritos na União Europeia devido aos seus impactos negativos no ambiente e na saúde humana. Assim, é crucial encontrar alternativas mais sustentáveis e seguras que sejam eficazes contra esta doença. As macroalgas têm demonstrado propriedades antimicrobianas relevantes contra uma ampla gama de microrganismos. Em Portugal, um país com uma extensa linha costeira, existe uma grande diversidade de macroalgas, sejam elas nativas ou invasoras, tornando estes organismos excelentes candidatos à investigação de compostos bioativos capazes de inibir o crescimento de E. amylovora. Desta forma, este estudo teve como principais objetivos isolar uma estirpe virulenta de E. amylovora a partir de pereiras, avaliar o potencial antimicrobiano e os mecanismos de ação de extratos das algas Asparagopsis armata, Sargassum muticum, Fucus vesiculosus e Codium sp. Vinte extratos foram testados em 3 concentrações diferentes. O resultado mais notável obtido no screening antimicrobiano foi alcançado com o extrato etanólico de A. Armata, o qual demonstrou uma inibição do crescimento de E. amylovora de 97% quando aplicado a 1 mg.mL-1. Tendo em consideração este resultado promissor, o extrato etanólico de A. armata foi selecionado para aprofundar o conhecimento sobre os seus efeitos mecanísticos na formação de biofilme, na produção do exopolissacarídeo amylovoran e na motilidade de E. amylovora, três mecanismos de ação relevantes associados à patogenicidade desta bactéria. Foi possível observar que o extrato etanólico de A. armata não inibiu a formação de biofilme, mas a produção de amylovoran foi em grande parte reduzida na presença de baixas concentrações de extrato, como 0,1 mg.mL-1. Em relação à avaliação da motilidade, concentrações mais elevadas do extrato (0,5 e 1 mg.mL-1) mostraram a capacidade de evitar a aderência das bactérias ao meio semissólido. Este comportamento de E. amylovora na presença de extrato pode estar associado a vários compostos encontrados no extrato, conhecidos pelas suas propriedades antibacterianas, como o ácido 3-bromohexadecanoico, o mono galactosil diacilglicerol, entre outros compostos reconhecidos pela sua atividade relevante como antimicrobianos.pt_PT
dc.identifier.tid203446429pt_PT
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/10400.8/9170
dc.language.isoengpt_PT
dc.subjectAntimicrobialspt_PT
dc.subjectErwinia amylovorapt_PT
dc.subjectFire blightpt_PT
dc.subjectMarine resourcespt_PT
dc.subjectMechanisms of actionpt_PT
dc.subjectSeaweedpt_PT
dc.subjectSecondary metabolitespt_PT
dc.subjectAntimicrobianospt_PT
dc.subjectErwinia amylovorapt_PT
dc.subjectFogo bacterianopt_PT
dc.subjectMacroalgaspt_PT
dc.subjectMecanismos de açãopt_PT
dc.subjectMetabolitos secundáriospt_PT
dc.subjectRecursos marinhospt_PT
dc.titleSeaweed potencial to fight Erwinia amylovora, the causal agent of fire blightpt_PT
dc.typemaster thesis
dspace.entity.typePublication
rcaap.rightsrestrictedAccesspt_PT
rcaap.typemasterThesispt_PT
thesis.degree.nameMestrado em Biotecnologia dos Recursos Marinhospt_PT

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