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Browsing CIM1-Teses by Field of Science and Technology (FOS) "Ciências Naturais::Ciências Biológicas"
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- Caracterização funcional da microalga extremófila Coccomyxa sp.Publication . Brás, Pedro Emídio; Fuentes, Juan; Fonseca, FilomenaAs microalgas têm sido alvo de grande estudo devido ao seu potencial como fonte de novos compostos de interesse para a biotecnologia e também para compreender a sua sobrevivência em locais extremos. A microalga Coccomxya sp., estudada neste trabalho, é um poliextremófilo que foi isolado das águas ácidas da mina de S. Domingos. Este ambiente é caracterizado pelos valores baixos de pH (< 3) e a elevada concentração de iões metálicos, como o cobre e o ferro. Os principais objetivos deste trabalho foram: i) analisar as alterações metabólicas (tamanho e crescimento celulares e produção de pigmentos), ii) identificar e quantificar alterações de perfil de expressão genética em diferentes condições e iii) avaliar a potencial bioactividade num modelo animal ex-vivo de extratos celulares de culturas daquela microalga a diferentes pH, sem ou com exposição a cobre (0,6 mM). Quando expostas aos diferentes tratamentos as células de Coccomyxa sp. apresentaram três equilíbrios dinâmicos (pH 7, pH 7 exposto a cobre e pH 2,5). Pelos resultados do Real-Time PCR e pela produção de pigmentos (clorofila e carotenoides), o pH 7 demonstra ser o ambiente preferido da microalga. Os extratos de Coccomyxa sp., de culturas a pH 7 expostas a cobre, demonstram um grande potencial para serem utilizados como inibidores do NKCC presente no epitélio, revelando o seu potencial uso como diuréticos. Coccomyxa sp. apresenta ser uma fonte fiável de pigmentos e de extratos celulares com um grande potencial para serem usados na industria biotecnológica e farmacêutica.
- Comparing Zostera and Spartina environments in relation to carbon burial: a sedimentary and geochemical approach from Ria FormosaPublication . Duque Núñez, Natalia; Veiga-Pires, C.; Santos, RuiCarbon sinks are natural or artificial reservoirs in which carbon can be accumulated for a certain length of time. Mangroves, salt marshes and seagrasses beds are habitats that have an important role on the carbon budget of the oceans and thus influence the oceanic cycle. In this study we aimed is to evaluate C storage capacity of two different intertidal environments, Zostera noltii vs Spartina maritima from Ria Formosa, as well as to evaluate the influence of hydrodynamics and sediment grain size in the C storage. This multidisciplinary and integrated approach includes biological, geological and chemical analyses in order to better understand the processes leading to Carbon accumulation in sediments. For such a purpose, we analyzed and measured the granulometry, color and mineral composition of the sediment, as well as the organic matter, calcium carbonate contents and the elemental composition. The results obtained reflect that the carbon sequestration (organic carbon content), is related to practically all the studied variables, Furthermore, there are significant differences between both biological communities. Spartina maritima shows nearly twice the organic carbon content than Zostera noltii. On the other hand, the distance to the main navigation channel, a proxy to hydrodynamics, affected all parameters, strongly affected C accumulation, with higher variability in Zostera than Spartina. C accumulation and sediment grain size were related to this gradient, as expected, where both parameters increased from the first station, close to the main channel, to last station the most remote. The carbon accumulation rate for Spartina environment was twice as high as those for Zostera environment, 131.8 g OC.m-2.year-1, 83.9 g OC.m-2.year-1, respectively, these differences were related to the influence to all the parameters analyzed in this study.
- Definição do modo de operação, descontínuo ou semi-descontínuo, para produção de bioetanol utilizando um novo substrato misto pela levedura Kluyveromyces sp.Publication . Fernandes, Tiago Pereira; Raposo, Sara; Constantino, Ana Pedro SilvaOs biocombustíveis de 2ª geração são uma alternativa limpa e sustentável aos combustíveis de origem fóssil. O objetivo deste trabalho consistiu no estabelecimento de um modo de operação, para a produção de bioetanol de 2ª geração a partir de um novo substrato misto, composto por resíduos da alfarroba e soro do queijo. Para obter elevados rendimentos e produtividades na produção de etanol, testaram-se diferentes estratégias de adição sequencial das leveduras Saccharomyces cerevisiae LEBA-1 e Kluyveromyces lactis CBS 2360 em sistema descontínuo (batch) e semi-descontínuo (fed-batch). Na preparação do substrato misto alfarroba/soro do queijo, otimizou-se a temperatura de extração dos açúcares solúveis da alfarroba no soro do queijo. Obteve-se um substrato rico em açúcar (190 g/l), sem gastos de água e com baixo input energético. Nas fermentações do substrato misto, com 240 g/l de açúcares totais, as leveduras S. cerevisiae, K. lactis e Kluyveromyces marxianus CECT 10370, revelaram baixa capacidade fermentativa, devido à elevada pressão osmótica e concentração de sal no meio, tendo a levedura S. cerevisiae alcançado um rendimento etanólico de 0,39 ± 0,02 g/g, abaixo do máximo teórico (0,51 g/g). As leveduras K. lactis e K. marxianus tiveram o crescimento limitado e a produção de etanol não ultrapassou os 30 g/l. Nos ensaios realizados em Erlenmeyer, de adição sequencial das leveduras S. cerevisiae e K. lactis, em modo descontínuo e semi-descontínuo, estas estirpes continuaram a apresentar um fraco desempenho fermentativo com baixos rendimentos etanólicos, ainda que, os açúcares da alfarroba tenham sido consumidos na totalidade ficando a lactose por metabolizar. Em concentrações mais baixas de açúcares, K. lactis revelou capacidade para crescer e fermentar alcançando rendimentos etanólicos de 0,47 ± 0,01 g/g, encontrando-se o máximo teórico entre os 0,51 e os 0,54 g/g. Nos ensaios em reator mecanicamente agitado, a estratégia de adição sequencial das leveduras em semi-descontínuo e condições de baixo arejamento (0,13 vvm) apresentou elevados rendimentos etanólicos (0,51 ± 0,03 g/g), elevadas produtividades e conversão total dos açúcares.
- Estudo cinético de um sistema de células de combustível microbianasPublication . Canavarro, António José Vieira de Jesus; Barros, Raúl J.Nos países desenvolvidos a energia usada nos processos de tratamento de águas residuais municipais representa cerca de 1,5 % do consumo de energia total e este valor continua a crescer. As Células de Combustível Microbianas (CCM) representam uma potencial alternativa para o tratamento secundário de águas residuais, com a vantagem de produzirem energia elétrica à medida que a matéria orgânica é consumida. O principal objetivo deste trabalho experimental é retomar a operação dos protótipos que estiveram armazenados a 4 ºC durante cerca de um ano. Anteriormente operaram durante um ano, alimentados com água residual primária, onde se testou separadores de materiais diferentes., verificando quais as maiores dificuldades encontradas, para reiniciar a atividade biológica adequada na câmara anódica. Uma vez recuperada a atividade o passo seguinte foi a realização de um estudo cinético. Investigou-se como a performance das CCMs tanto em termos da produção de energia como de remoção de Carência Química de Oxigénio (CQO), depende do regime de alimentação, pela variação da taxa de fluxo das águas residuais e concentração de CQO. O trabalho experimental iniciou-se num sistema de CCM tubular de câmara única preenchido com Granulometria de Carvão Ativado (GAC) em modo de fluxo contínuo. Foram testados e comparados três tempos de contacto do afluente com o GAC (3, 12 e 36 horas), com diferentes cargas orgânicas, (2,27 g/L e 1,14 g/L de acetato de sódio tri-hidratado, sem adição de substrato para os protótipos 1 e 2; soro de queijo diluído 1:10 e 1:20 suplementado com água residual e sem adição de soro, para o protótipo do Soro). O desempenho é aferido através do traçado de curvas de polarização, curvas de potência e da percentagem de remoção da Carência Química de Oxigénio (CQO). Conclui-se que em alguns testes as eficiências de remoção de CQO são próximas das presentes na legislação em vigor, contudo obteve-se baixas densidades de potência tendo em conta as presentes na literatura. Tanto o Tempo de Contacto em Leito Vazio (EBCT) como a concentração de carga orgânica comprovaram ser parâmetros a ter em conta relativamente ao tratamento de águas residuais, no entanto o comportamento das CCMs quando o substrato utilizado foi o soro de queijo o estudo foi inconclusivo.
- Heterotrophic cultivation of Thraustochytrids using glycerol and saline medium from a dairy effluentPublication . Fortes, Luís André Roque; Raposo, SaraMicroalgae are a promising source of biofuels and other valuable chemicals. The reduced economic feasibility of microalgal cultures is due to low cell density and slow growth rate of these cultures. Thus, it is necessary to develop sustainable processes that will be able to increase the productivity, maximize the production yield and reduce production costs. To achieve this goals, it is necessary to improve the understanding of the behavior of microalgal cultures. A robust method was developed for the growth of Thraustochytrids in saline waste medium using glycerol as carbon source. The first study case was the heterotrophic cultivation of Schizochytrium limacinum in order to achieve the highest growth and DHA content possible using alternative raw materials. In the second study case, the temperature profiles of Japanochytrium sp. were analyzed to identify the optimal temperature for growth and PUFAs production. The first case study, Schizochytrium limacinum was grown in saline waste medium using glycerol as carbon source. After 216 hours of fermentation the values obtained were the following: biomass concentration of 40.4 g.L-1, DHA content of 48.5% and a DHA productivity of 424 mg.L-1.d-1. The results obtained proved that Schizochytrium limacinum. is able to grow and produce high levels of DHA using saline waste medium and glycerol as carbon source. Besides, it was made the economic balance of the used media for biomass and DHA production. In standard medium to produce 1 kg of biomass and 1 kg of DHA will cost 105 € and 1.235 €, respectively. While in saline waste medium to produce 1 kg of biomass and 1 kg of DHA will cost 17.16 € and 180.7 €, respectively. The second case study, Japanochytrium sp. was cultivated at different temperatures of 15, 20, 25 and 30 ˚ C. The highest value of biomass, 22 g.L-1, was obtained at 25 ˚C whereas the lowest value of biomass, 11 g.L-1, was obtained at 15 ˚C. For 20 ˚C and 30 ˚C the biomass concentration was 19 g.L-1 and 16 g.L-1, respectively. These results are in agreement with the literature, where the optimal temperature to the growth of thraustochytrids range between 22-28 ˚C. Glycerol is the major byproduct of the biodiesel industry and since it is expensive to purify, biodiesel producers must seek alternative methods for its disposal. Hence using glycerol as a carbon source for fermentation is an alternative use for this product.
- Influência da transferência de massa de oxigénio na acumulação de lípidos pela levedura Rhodosporidium toruloidesPublication . Guerreiro, Fábio André Faias; Raposo, SaraA produção e acumulação de lípidos pela levedura oleaginosa Rhodosporidium toruloides CECT 1499 é altamente condicionada pela transferência de massa de oxigénio. A eficiência da transferência de oxigénio pode ser aumentada pela adição de vetores de oxigénio, do incremento do arejamento e agitação ou através da alteração da geometria do reator. Os resultados obtidos revelam que o n-dodecano tem um o impacto positivo na acumulação de lípidos pela R.toruloides, alcançando 0,6194 g lípidos/g biomassa e um conteúdo lipídico de 1,042 g/L, na presença de 1% n-dodecano. A otimização da geometria do dispersor e arejamento promove uma maior quantidade de oxigénio disponível para as células o que se verificou num aumento considerável na taxa específica de crescimento 0,0845 h-1 e um conteúdo em lípidos de 0,6091 g lípidos/g biomassa. Com o objetivo de melhorar a taxa de transferência de oxigénio promovendo a produção lipídica, juntaram-se as duas abordagens anteriormente referidas, obtendo-se um rendimento lipídico de 0.7301 g lípidos/g biomassa e uma concentração de 1,634 g/L. O controlo de pH em torno dos 5,5 reduziu para aproximadamente um terço o tempo de obtenção de lípidos máximos, com 2,232 g/L de lípidos e consequentemente um aumento de produtividade 0,05296 g/L.h. No entanto, não apresentou diferenças significativas no conteúdo lipídico, 0,755 g lípidos/g biomassa. Os resultados obtidos permitiram-nos afirmar que o crescimento celular da levedura, assim como, a acumulação de lípidos intracelulares é extremamente influenciada pela disponibilidade e transferência de oxigénio para a célula. Estas questões podem ser favorecidas por estratégias que aumentem a transferência de massa de oxigénio, como sendo a adição de agentes com maior solubilidade, vetores de oxigénio e a otimização da geometria do dispersor associada a uma maior taxa de arejamento. Um ambiente com o pH controlado, próximo do pH fisiológico da célula, proporciona melhores condições de crescimento, porém não afeta a capacidade de acumulação lipídica desta levedura.
- Structural and chemical characterization of corals grown under present day and naturally elevated pCO2 conditions in Papua New Guinea - a window into the futurePublication . Rothe, Nina; Boski, Tomasz; Nehrke, GernotOcean acidification terms the process of increased CO2 uptake by surface ocean waters and a subsequent decrease in pH and carbonate ion concentration. The average pH has decreased by 0.1 since preindustrial times and is expected to drop by a further 0.3 - 0.4 until the end of the century if current anthropogenic CO2 emissions persist. This in turn will further decrease the degree of aragonite saturation in the seawater and affect the thermodynamic equilibrium of carbonate minerals (aragonite and calcite). Coral biomineralization is assumed to be strongly sensitive to the degree of saturation in the surrounding seawater, however marine carbonates are affected differently by ocean acidification and responses vary among different studies. Coral skeletons are composed of both inorganic components, usually aragonite, and organic compounds. The exact role of these organic compounds is still unknown but they are assumed to be involved in the control of carbonate precipitation. Some studies suggest, that the amount of organic compounds increases when corals grow under high CO2 and low pH conditions. In this study, the long-term effects on corals growing under high CO2 conditions at natural CO2 seeps in Papua New Guinea and under ambient CO2 conditions (control sites) were investigated as a case study and compared in terms of the amount of organic compounds in their skeletons. Three coral species were sampled and analyzed: Acropora millepora, Pocillopora damicornis and Seriatopora hystrix. Two analytical methods were investigated for their suitability to obtain information on the amount and type of organic compounds inside coral skeletons and whether any differences exist in samples collected from sites with ambient CO2 compared to increased CO2 conditions. Thermogravimetric Analysis (TGA) was used to record weight losses of powdered coral skeleton to determine the amount of hydrated organic compounds lost during gradual heating. Confocal Raman microscopy (CRM) mapping was used to investigate the microstructural arrangement and organic matrix distribution within the coral skeleton. Both analytical techniques were optimized in this study as no standardized technique was available. Here we show that four weight losses are recorded by TGA during the gradual heating of powdered coral skeleton, around 100 °C, 200 °C, 300 °C and 430 °C. The heating rate used during TGA measurements influences the reaction temperature which means that with increasing heating rate, the reaction is shifted to higher temperatures. We show that the ‘true’ temperature of a reaction can be determined by plotting different heating rates against the respective reaction temperature obtained by the TGA measurements. A combination of TGA with IR (infrared spectroscopy) and MS (mass spectrometry) shows that the highest amount of water in coral skeletons is lost around 300 °C and that CO2 released from the calcium carbonate skeleton is continuously rising with a gradual increase in temperature, however the release of CO2 peaks at 300 °C and 430 °C which indicates the release of organic compounds. The amount of organic compounds released during TGA does not differ for corals grown under high and low CO2 conditions in Papua New Guinea which may be explained by acclimatization via different processes obviating the necessity to alter the organic matrix. There are however differences between species comparing the weight losses of their skeleton during TGA: the weight loss from 30 °C until 550 °C (prior to decomposition) is highest in P. damicornis samples from both control and seep sites which suggests the highest amount of organic matrix for this species. Loss of matter during calcium carbonate decomposition is calculated to be 44% of weight, however in the coral standard sample used in this study it constitutes less (42.5 – 43.3%). This may be explained by organic compounds which are retained in the skeleton during heating and are only released during calcium carbonate decomposition. The heating rate used during TGA was found to additionally influence the amount of weight which is lost during decomposition, meaning a decreased weight loss with higher heating rates. CRM did not result in any differences in organic compound distribution or relative crystallographic orientation for corals from high and low CO2 sites. Raman point measurements resulted in small signals corresponding to CH-bands and OH-bands which indicate organic compounds, however no differences were obtained when comparing samples from control and seep sites or from different coral species. The results obtained by a combination of TGA and CRM show that aragonite conversion in biogenic carbonates occurs at lower temperatures than for inorganic aragonite. The coral standard used in this study transforms into calcite at ~430 °C, the inorganic aragonite only at ~470 °C. The data presented in this case study propose new approaches using both TGA and CRM to obtain information on the organic matrix inside coral skeletons. Combining TGA with IR and MS would additionally allow the investigation of compounds released during TGA and hence increase the possibility to chemically determine the compounds that are involved in weight loss during heating. Additional information on the organic matrix could aid in determining their role in biomineralization and whether differences in the amount exist between corals grown under different CO2 conditions.
- Temporal distribution of the short-beaked common dolphin (Delphinus delphis) in the south of Madeira Island (Portugal) and relationship with oceanographic variablesPublication . Halicka, Zofia; Barbosa, Ana B.Short-beaked common dolphin (Delphinus delphis) is a small cetacean species that is among the most common marine mammals in Madeira Island. This thesis represents the first study that describes temporal distribution of D. delphis in this region and that relates it with environmental determinants. Results were based on data collected on platform of opportunity on the southern off Madeira Island during the period 2011 – 2014. They revealed that presence of D. delphis varied consistently between warm and cold seasons, with higher occurrences between December and May. This temporal distribution pattern reflects a summer migration probably directed northwards. General Additive Models showed that temperature, chlorophyll concentration, wind intensity and direction, as well as landings of sardine, curled picarel and Atlantic chub mackerel were important factors affecting D. delphis distribution. This study confirms information from previous studies revealing that common dolphin tents to avoid waters warmer than 18ºC. Moreover modelling results can also reflect a trophic cascade, between phytoplankton, pelagic schooling fish and D. delphis. Further studies are needed to evaluate seasonal migration patterns, involving animal telemetry and photo-identification, probably in cooperation with other institutions, as well as exact positioning of dolphin sightings and other potentially relevant environmental variables (e.g., depth, distance from the coast, upwelling intensity).
- Vitivirus presentes em castas portuguesas de Vitis vinifera: caraterização molecular e diagnósticoPublication . Duarte, Vilma Vanessa Fernandes; Fonseca, FilomenaO impacto do complexo de doenças do lenho rugoso em Vitis vinifera ssp. L é reconhecido mundialmente. Os Vitivirus GVA e GVB estão implicados como agentes causadores desta doença. Embora haja muita informação relativa a GVA, a função da ORF 5 não está ainda bem definida, bem como a organização em grupos filogenéticos das variantes daquele vírus. Estudos indicam a presença de três ou quatro grupos filogenéticos, mas neste trabalho, as sequências obtidas alinhadas com as 12 sequências genómicas completas disponíveis em GenBank, conduziram-nos à organização em dois grupos filogenéticos principais (grupos I e II). Estabeleceu-se, ainda neste trabalho, um ensaio de tipificação RT-PCR-RFLP com uma enzima de restrição que permitiu a distinção entre os dois grupos filogenéticos determinados. A informação relativa a GVB é praticamente inexistente. Neste trabalho foram obtidas sequências de seis isolados. Este conhecimento permitiu-nos, pela primeira vez, estabelecer uma relação filogenética e agrupar as variantes caracterizadas em três grupos filogenéticos. Os domínios proteícos da proteína p10 foram investigados e detetaram-se quatro motivos de fosforilação e um de N-miristoilação. Com a informação obtida de GVA e GVB, desenhou-se um PCR-duplex, com primers específicos para cada Vitivirus. Esta ferramenta permitiu o aperfeiçoamento da deteção molecular destes vírus, de uma forma mais sensível e específica que a atual técnica de DAS-ELISA com anticorpos comerciais. Uma vez que foi verificada a presença de GLRaV-3, nos isolados de GVA e ou GVB, foi feito um ensaio de RT-PCR-RFLP para tipificação das variantes daquele virus presentes nas co-infeçoes. Verificou-se que as variantes do grupo filogenético 1 de GLRaV-3 tinham uma incidência de 80%. Este trabalho permitiu a obtenção de informação acerca das variantes destes Vitivirus, em castas portuguesas, contribuindo para um melhoramento da caracterização filogenética e funcional de GVA e GVB, em diferentes regiões genómicas, bem como o desenvolvimento de novas ferramentas destes vírus.