Influências do espaço e do tempo nas comunidades microbianas ao longo do Rio dos Sinos

Abstract

Ambientes aquáticos são essenciais para quase todas as formas de vida na Terra. Suas comunidades microbianas são responsáveis por controlar processos biogeoquímicos importantes nestes ecossistemas. Nos últimos anos, ocorreu um considerável aumento no número de estudos relacionando fatores e processos ambientais e comunidades microbianas em ambientes aquáticos. Uma das principais razões para o crescimento destes estudos foram os avanços das tecnologias de sequenciamento de DNA, que permitiram o desenvolvimento de novas abordagens, proporcionando um momento único para o campo da microbiologia. A aplicação de sequenciamento de nova geração para analisar regiões do gene do RNA ribossomal 16S (rRNA 16S) tem sido amplamente utilizada para a compreensão da composição, estrutura e respostas ambientais do bacterioplâncton. Os rios são ambientes importantes, tanto em uma perspectiva ecológica quanto econômica. No entanto, a base de nosso conhecimento sobre a dinâmica microbiana aquática se baseia principalmente em estudos ambientais de água do mar e lagos. Nesta tese, foi realizado o sequenciamento em larga escala da região V4 do gene rRNA 16S em amostras coletadas ao longo do Rio dos Sinos. Este rio está localizado em um dos centros industriais brasileiros mais importantes e apresenta várias características ambientais contrastantes, além de um gradiente longitudinal de eutrofização, assim, tornando-se um local notável para o estudo da dinâmica do bacterioplâncton. Neste trabalho, foi testada a influência do espaço e do tempo como variáveis para o processo de estruturação das comunidades microbianas, bem como influências sazonais e longitudinais para suas dinâmicas ecológicas. Foram demonstradas evidências consistentes para a existência de um perfil bacteriano na nascente do rio e a sua persistência ao longo do curso de água analisado. Mudanças sazonais reforçam a importância da nascente do rio na manutenção do reservatório bacteriano que é dispersado ao longo de todo o rio. Além disso, também existe uma pequena influência do espaço para determinar a estrutura das comunidades microbianas onde, amostras separadas por 63 km de curso de água são quase tão semelhantes entre si quanto as amostras de um mesmo local, coletadas com uma diferença de 15 minutos. Portanto, a preservação da fonte do rio é importante não apenas por razões hidrológicas, mas também para manter a composição e a integridade microbiana do rio.

Aquatic environments are essential for almost all Earth living forms. Their microbial communities are responsible for driven the most important biogeochemical processes in these ecosystems. Only in the past few years, we began to understand about the factors and processes that orchestrate the microbial community in these environments. One reason for this delay was the lack of proper tools. With advances in new sequencing technologies, new approaches are providing an unique moment for the microbiology field. The application of next-generation sequencing for 16S rRNA analysis has been broadly used for understanding bacterioplankton composition, structure and environmental responses. Rivers are important environments, for both ecological and economic perspectives. However, the basis of our knowledge about aquatic microbial dynamics relies mostly in seawater and lakes environmental studies. We performed high-throughput analysis of 16S rRNA highly variable V4 region in samples from the Sinos River, which is located in one of most important Brazilian industrial centers. This region has several contrasts in its environmental characteristics, presenting a longitudinal gradient of eutrophication and making it a remarkable study site for observing the dynamics of bacterioplankton. In this work, we tested the influence of space and time as variables for the microbial community structuring process, as well as, seasonal and longitudinal influences for their ecological dynamics. We demonstrated consistent evidence for the existence of a bacterial seed-bank and its longitudinal persistence. Seasonal shifts reinforce the importance of the source of the river in maintaining the bacterial seed-bank that spreads throughout the river. Besides, our results also suggest a lower influence of the space to determine the microbial community structure, where, samples separated by 63 km of watercourse are almost as dissimilar as the samples from the same site, collected with a difference of fifteen minutes. Therefore, the preservation of the source of the river is important not only for hydrologic reasons but also to maintain the microbial composition and the ecological integrity of the river.