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Title in Portuguese: Microbiomas do solo de viveiros e do intestino do camarão litopenaues vannamei relacionados ao uso de probióticos na carcinicultura
Author: Costa, Samantha Pinheiro da
Advisor(s): Melo, Vânia Maria Maciel
Keywords: Carcinicultura
Probióticos
Ecologia microbiana
Solos
Intestino
Issue Date: 2015
Citation: COSTA, Samantha Pinheiro da. Microbiomas do solo de viveiros e do intestino do camarão litopenaues vannamei relacionados ao uso de probióticos na carcinicultura. 2015. 129 f. Tese (Doutorado em Biotecnologia (Rede Nordeste de Biotecnologia) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015.
Abstract in Portuguese: Inicialmente, este estudo analisou a composição e a carga microbiana de um probiótico comercial de composição desconhecida utilizado em uma fazenda de camarão no Ceará, através de métodos dependentes e independentes de cultivo. Os resultados mostraram a presença de bactérias dos gêneros Lactobacillus, Acetobacter e Streptococcus e da levedura Saccharomyces. O monitoramento do manejo do probiótico mostrou que após 15 dias, o produto continha quase que exclusivamente representantes de Lactobacillus e Saccharomyces, sendo a população de leveduras mais numerosa do que a de bactérias. Estes resultados demonstram que o manejo altera a composição microbiana e que o consórcio restante não justifica a aplicação no tratamento do solo e da água, indicado pelo fabricante. Em seguida, com o intuito de verificar as consequências do uso prolongado de probióticos na carcinicultura e seus efeitos na composição taxonômica e funcional da microbiota do intestino do camarão Litopenaeus vannamei e do solo de viveiros, duas fazendas foram selecionadas: uma que utiliza probióticos, constituídos por bactérias do gênero Bacillus (Filo Firmicutes) há 11 anos, e outra onde dois viveiros foram utilizados como referência, sem utilização de probióticos. Análises da composição química e granulométrica do solo foram realizadas, sendo verificadas correlações positivas entre o viveiro que utiliza probióticos e as seguintes variáveis abióticas: silte-argila, carbono orgânico, matéria orgânica, manganês e a razão carbono/nitrogênio. A diversidade taxonômica e funcional das comunidades microbianas do intestino do camarão e do solo foi acessada através do sequenciamento em massa de bibliotecas metagenômicas e de bibliotecas de fragmentos do gene RNAr 16S na plataforma ―Miseq‖ da Illumina. Os dados das análises metagenômicas mostraram que o intestino do camarão e os solos de viveiros compartilham cinco filos de Bacteria (Proteobacteria, Cyanobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria) e um filo de Archaea (Euryarchaeota), e que o filo Firmicutes apresenta de 3 a 4 vezes mais sequências nas amostras de solos e de intestino de animais que recebem probióticos. Apesar disso, não foram detectadas alterações significativas no perfil funcional dos microbiomas (solo e intestino). O sequenciamento em massa de fragmentos do gene RNAr 16S revelou que os solos, independentemente de receberem ou não probióticos, compartilham sete filos (Proteobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Firmicutes, Planctomycetes, Spirochaetes e Acidobacteria), sendo, mais uma vez, o filo Firmicutes 3 a 4 vezes mais abundante no viveiro que recebe probióticos. Nesta análise, o domínio Archaea apresentou, pela primeira vez neste estudo, além do filo Euryarchaeota, os filos Crenarchaeota e Parvarchaeota. A despeito das diferenças observadas na composição taxonômica, os índices de diversidade destacam a manutenção da diversidade nos solos, independentemente do tratamento utilizado. O filo Proteobacteria (composto de bactérias Gram-negativas) foi o único filo especialista compartilhado por todos os viveiros, enquanto Firmicutes (composto por bactérias Gram-positivas) despontou como um dos especialistas de habitat do viveiro que aplica probióticos. Estes resultados inéditos demonstram a contribuição do hábito bentônico no microbioma do intestino de L. vannamei adulto e também sinalizam que o uso prolongado de probióticos pode alterar a estrutura da comunidade microbiana, indicando a necessidade de ações diagnósticas e de monitoramento do uso de probióticos no Brasil.
Abstract: Initially, this study analyzed the microbial composition and micro-organism cell count of a commercial probiotic used in a shrimp farm in Ceará, whose composition is unknown, by dependent and independent methods. The results showed the presence of the bacteria genera of Lactobacillus, Acetobacter and Streptococcus and Saccharomyces yeast. The monitoring of the probiotic management showed that after 15 days the product contained almost exclusively representatives of Lactobacillus and Saccharomyces, being the population of yeasts more numerous than bacteria. As conclusion, this study showed that the handling changes the composition of the initial product and that the microbial composition does not justify the application suggested by the manufacturer for treating soil and water. In order to verify the consequences of long term use of probiotics in shrimp farming and its possible effects on the microbial taxonomic and functional composition in Litopenaeus vannamei shrimp gut and pond soils, two farms were selected: one that use probiotics which are mainly constituted by bacteria from the genus Bacillus (phylum Firmicutes), since 2004 and another two ponds used as reference, where do not use probiotics products. Chemical composition and particle size of the soil analyses were accomplished and positive correlations were verified between the farm that use probiotics and the following abiotic variables: silt-clay, organic carbon, organic matter, manganese and carbon/nitrogen ratio. The taxonomic and functional diversity of microbial communities in gut shrimp and soil were accessed by sequencing of metagenomic and gene fragments of 16S rRNA libraries using the platform "Miseq" of Illumina. The metagenomic data showed that the intestine and shrimp ponds soil shared five phyla of bacteria (Proteobacteria, Cyanobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria) and one phylum of Archaea (Euryarchaeota), and that phylum Firmicutes predominates in the samples obtained from soil and animals whose uses probiotics. Nevertheless, no significant changes were detected in the metabolic profile of those microbiomes (soil and intestine). Sequencing of the fragments of 16S rRNA gene showed that all samples of soil shared seven phyla (Proteobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Firmicutes, Planctomycetes, spirochaetes and Acidobacteria), and over again the Firmicutes phylum had higher abundance when compared which those that do not use probiotics in ponds. The Archaea domain showed, for the first time in this study, two others phyla (Crenarchaeota and Parvarchaeota) besides the Euryarchaeota phylum. Despite the differences observed in the taxonomic composition, the diversity indices highlight for the maintaining of diversity in soils, regardless of the treatment used. The Proteobacteria phylum (consisting of Gram-negative bacteria) was the only habitat specialist shared by all pond soils, and the Firmicutes phylum (composed of Gram-positive bacteria) has emerged as one of habitat specialists for the pond where the probiotics are applied. Our results demonstrate the contribution of benthic habit of L. vannamei for the gut microbiome of adult shrimps, and also indicate that long term use of probiotics can change the structure of the microbial community, suggesting the need for diagnostic actions and monitoring of the use of probiotics in Brazil.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/40248
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