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The effect of cadmium on the net N2O production of deep-sea bacteria
| datacite.subject.fos | Ciências Naturais::Ciências Biológicas | pt_PT |
| dc.contributor.advisor | Semedo, Miguel Albergaria Furtado | |
| dc.contributor.advisor | Magalhães, Catarina | |
| dc.contributor.advisor | Carvalho, Maria de Fátima | |
| dc.contributor.author | Mendes, Maria Leonor Pizarro Bravo Pereira | |
| dc.date.accessioned | 2023-05-15T10:22:14Z | |
| dc.date.available | 2023-11-15T01:30:32Z | |
| dc.date.issued | 2022-12-16 | |
| dc.date.submitted | 2022-10 | |
| dc.description.abstract | Deep-sea bacteria have high environmental importance due to their active role on nutrient cycling, among other activities. Some of these bacteria are responsible for maintaining low natural levels of nitrous oxide (N2O), a powerful greenhouse gas and ozone-depleting, by reducing it to dinitrogen gas (N2), through the denitrification pathway. The growth of deep-sea mining activities may increase the exposure of marine bacteria to toxic concentrations of metals such as cadmium and lead, as well as other rare elements. However, the susceptibility of the N2O-reducing pathway to metal exposure is relatively unknown, especially in deep-sea conditions. The aim of this dissertation is to understand potential impacts of cadmium exposure on net N2O production, by deep-sea bacteria. For this, we used mostly the strain Shewanella loihica PV-4 as a model, a piezotolerant deep-sea isolate with genetic potential to produce and remove N2O. Cadmium exposure experiments started with synthetic air flowing to allow S. loihica PV-4 aerobic growth inside closed bioreactors. When growth reached mid or late exponential phase, gas supply was changed to N2 to create an anoxic environment towards stimulating denitrifying conditions. Headspace gas sampling was performed at seven time points during anoxia to quantify N2O accumulation. Over the same period of time, four liquid culture samples were taken for RNA extraction to assess nirK and nosZ relative expression, two key genes for net N2O production. In the mid-exponential experiment, net N2O production showed a positive flux of 2,307 ± 1,428 ppm/min in the control and a null flux for cadmium treatment. For the control treatment, the ratio nirK/nosZ was 10x times higher than in the cadmium treatment (nirK/nosZCADMIUM = 1,384; nirK/nosZCONTROL = 13,415), supporting the positive flux in this treatment. In the late-exponential experiment, net N2O production fluxes were zero for both treatments, but the background levels of N2O in the cadmium treatment were higher than in the control. Relative expression of nosZ was much higher than nirK (nirK/nosZCADMIUM = 0,008; nirK/nosZCONTROL = 0,007) in the late-exponential stage, explaining the low N2O values quantified in both treatments, when compared to the mid-exponential. Either in the mid-exponential experiment, where cadmium appears to inhibit net N2O production, or in the late-exponential experiment, where cadmium might increase N2O production, this implies that the nitrogen cycle can be altered by cadmium exposure in marine environments. | pt_PT |
| dc.description.abstract | As bactérias do mar profundo têm grande importância ambiental, devido ao seu papel ativo no ciclo dos nutrientes, entre outras atividades. Algumas destas bactérias são responsáveis pela manutenção de baixos níveis naturais de óxido nitroso (N2O), um poderoso gás com efeito de estufa, reduzindo-o a azoto molecular gasoso (N2), através da via de desnitrificação. Paralelamente, o aumento da mineração do fundo dos oceanos pode aumentar a exposição das bactérias marinhas a concentrações tóxicas de metais, tais como cádmio e chumbo, e outros elementos raros. Contudo, a suscetibilidade da via redutora de N2O à exposição a metais é relativamente desconhecida, sobretudo em condições de mar profundo. O objetivo desta dissertação é compreender os potenciais impactos da exposição ao cádmio no fluxo de N2O por bactérias do mar profundo, utilizando como modelo Shewanella loihica PV-4, uma estirpe tolerante à pressão e com potencial genético para produzir e remover N2O. As experiências de exposição ao cádmio foram realizadas de forma a permitir o crescimento aeróbico de S. loihica PV-4 dentro dos biorreatores através da manutenção de um fluxo de ar sintético. Quando o crescimento atingiu a fase exponencial média ou tardia, o fluxo de gás foi alterado para N2, no sentido de estimular as condições de desnitrificação. Nesta fase de anóxia, foi feita amostragem do ar dentro dos biorreatores em sete pontos ao longo do tempo para quantificar a acumulação de N2O, e foram recolhidas também quatro amostras de cultura ao longo do tempo para extração de RNA de forma a avaliar as expressões relativas dos genes nirK e nosZ, essenciais na produção e redução de N2O, respetivamente. Na experiência de exponencial média, o fluxo de N2O apresentou um valor de 2,307 ± 1,428 ppm/min no controlo e zero para o tratamento com cádmio. O rácio nirK/nosZ do controlo foi 10 vezes superior ao do tratamento com cádmio (nirK/nosZCÁDMIO = 1,384; nirK/nosZCONTROLO = 13,415), consistente com o fluxo positivo de N2O neste tratamento. Nesta fase de crescimento, a via metabólica de desnitrificação parece estimular a produção de N2O. Na experiência de exponencial tardia, os fluxos de N2O foram zero para ambos os tratamentos. Contudo, os níveis de fundo de N2O no tratamento com cádmio revelaram-se mais elevados do que no controlo. Ao contrário do que aconteceu na exponencial-média, na exponencial tardia, a expressão relativa de nosZ foi mais elevada que nirK em ambos os tratamentos (nirK/nosZCÁDMIO = 0,008; nirK/nosZCONTROLO = 0,007), o que é consistente com a ausência de fluxos de N2O. Apesar das diferenças de resposta entre a fase exponencial média e tardia, é possível perceber que o cádmio pode afetar o processo de desnitrificação em S. loihica PV-4. | pt_PT |
| dc.identifier.tid | 203223284 | pt_PT |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.14/41114 | |
| dc.language.iso | eng | pt_PT |
| dc.subject | Nitrous oxide | pt_PT |
| dc.subject | Deep-sea | pt_PT |
| dc.subject | Denitrification | pt_PT |
| dc.subject | Shewanella | pt_PT |
| dc.subject | Óxido nitroso | pt_PT |
| dc.subject | Mar profundo | pt_PT |
| dc.subject | Desnitrificação | pt_PT |
| dc.title | The effect of cadmium on the net N2O production of deep-sea bacteria | pt_PT |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| rcaap.rights | openAccess | pt_PT |
| rcaap.type | masterThesis | pt_PT |
| thesis.degree.name | Mestrado em Microbiologia Aplicada | pt_PT |