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http://hdl.handle.net/11422/28101
| Type: | Tese |
| Title: | Interação vírus-bactéria na Ilha Rei George, Antártica: papel dos bacteriófagos na adaptação de Rummeliibacillus stabekisii PP9 e na ecologia viral de solos contaminados por hidrocarbonetos |
| Author(s)/Inventor(s): | Oliveira, Caroline Frere Martiniuc de |
| Advisor: | Jurelevicius, Diogo de Azevedo |
| Abstract: | Interações entre bactérias e bacteriófagos podem favorecer a adaptação e a sobrevivência bacteriana em ambientes extremos. No entanto, a diversidade viral dos solos da Antártica e suas interações com comunidades bacterianas ainda são pouco exploradas. Nesse contexto, o primeiro objetivo deste estudo foi avaliar, a nível genômico, o papel da interação bactéria- bacteriófago na adaptação de Rummeliibacillus stabekisii às condições ambientais adversas. Utilizando o programa PHASTER para análise de profagos, foi observado que a cepa PP9, isolada de solo antártico, apresenta três profagos íntegros, um questionável e um defectivo em seu genoma, diferindo de outras cepas da espécie, isoladas de salas de montagem de naves espaciais submetidas a limpeza rigorosa, que apresentaram apenas fagos defectivos. Hotspots de recombinação foram observados em regiões específicas do genoma de PP9, onde estão localizados os profagos 3 e 5, indicando que essas regiões funcionam como centros de incorporação de novos genes por transferência horizontal. A investigação do contexto genético dos profagos intactos revelou genes potencialmente associados à adaptação da cepa PP9 ao ambiente, como os genes gerABC (envolvido na germinação de esporos) e ynfA (relacionado a proteínas de efluxo). Além disso, a indução de pelo menos dois dos três profagos íntegros presentes no genoma da cepa PP9 foi confirmada por citometria de fluxo. O segundo objetivo deste trabalho consistiu em caracterizar, por meio de abordagens metagenômicas, a diversidade viral em três solos antárticos contaminados por hidrocarbonetos e dois solos caracterizados como não contaminados. A análise dos contigs virais, montados com o Megahit e identificados pelo VirSorter a partir de cinco amostras, indicou a predominância da classe Caudoviricetes nos solos da Antártica. Nossos resultados mostraram que a presença de vírus da classe Caudoviricetes nos solos está diretamente relacionada à escassez de fósforo, representando 90% dos vírus detectados nos solos contaminados e 60% nos solos não contaminados. A identificação dos hospedeiros bacterianos mostrou que a maioria dos vírus detectados nos solos da Antártica pertencem a gêneros bacterianos (dos filos Pseudomonadota e Actinomycetota) que foram previamente descritos como degradadores de hidrocarbonetos. Vírus do gênero Stormageddonvirus (bacteriófagos que infectam bactérias do gênero Gordonia) foi o mais abundante nos solos da Antártica. Adicionalmente, nossos resultados identificaram genes metabólicos virais auxiliares vinculados aos ciclos do nitrogênio, como amoC (monooxigenase de amônia), e do fósforo, como pho (regulon de fosfato). Os resultados reforçam o papel dos vírus como agentes de modulação genética e ecológica nos ecossistemas antárticos, destacando o continente como um potencial reservatório viral. |
| Abstract: | Interactions between bacteria and bacteriophages can promote bacterial adaptation and survival in extreme environments. However, the viral diversity of Antarctic soils and their interactions with bacterial communities remain poorly explored. In this context, the first objective of this study was to evaluate, at the genomic level, the role of bacteria–bacteriophage interactions in the adaptation of Rummeliibacillus stabekisii to adverse environmental conditions. Using the PHASTER program for prophage analysis, it was observed that strain PP9, isolated from Antarctic soil, harbors three intact and two defective prophages in its genome, differing from other strains of the species, isolated from spacecraft assembly cleanrooms subjected to rigorous cleaning, which presented only defective phages. Recombination hotspots were observed in specific regions of the PP9 genome, where prophages 3 and 5 are located, indicating that these regions function as centers for the incorporation of new genes via horizontal gene transfer. Investigation of the genetic context of the intact prophages revealed genes potentially associated with the adaptation of strain PP9 to the environment, such as gerABC (involved in spore germination) and ynfA (related to efflux proteins). Furthermore, the induction of at least two of the three intact prophages present in the PP9 genome was confirmed by flow cytometry. The second objective of this study was to characterize, through metagenomic approaches, the viral diversity in three hydrocarbon-contaminated Antarctic soils and two soils characterized as uncontaminated. Analysis of viral contigs, assembled with Megahit and identified using VirSorter from five samples, indicated the predominance of the class Caudoviricetes in Antarctic soils. Our results showed that the presence of Caudoviricetes viruses in the soils is directly related to phosphorus scarcity, representing 90% of the viruses detected in contaminated soils and 60% in uncontaminated soils. Host identification revealed that most viruses detected in Antarctic soils belong to bacterial genera (from the phyla Pseudomonadota and Actinomycetota) previously described as hydrocarbon degraders. Viruses of the genus Stormageddonvirus (bacteriophages infecting Gordonia bacteria) were the most abundant in Antarctic soils. Additionally, our results identified auxiliary viral metabolic genes linked to nitrogen cycles, such as amoC (ammonia monooxygenase), and phosphorus cycles, such as pho (phosphate regulon). These findings reinforce the role of viruses as agents of genetic and ecological modulation in Antarctic ecosystems, highlighting the continent as a potential viral reservoir. |
| Keywords: | Bacteriófagos Prófagos Regiões Antárticas Bacteriophages Prophages Antarctic regions |
| Subject CNPq: | CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::MICROBIOLOGIA |
| Program: | Programa de Pós-Graduação em Ciências (Microbiologia) |
| Production unit: | Instituto de Microbiologia Paulo de Góes |
| Publisher: | Universidade Federal do Rio de Janeiro |
| Issue Date: | 24-Sep-2025 |
| Publisher country: | Brasil |
| Language: | por |
| Right access: | Acesso Aberto |
| Citation: | Oliveira, C. F. M. de. (2025). Interação vírus-bactéria na Ilha Rei George, Antártica: papel dos bacteriófagos na adaptação de Rummeliibacillus stabekisii PP9 e na ecologia viral de solos contaminados por hidrocarbonetos [Tese de Doutorado, Universidade Federal do Rio de Janeiro]. Repositório Institucional Pantheon. |
| Appears in Collections: | Microbiologia |
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