Investigation of novel microbial diversity and nitrogen cycling in lava tubes of Terceira, Azores, Portugal

Foi apresentado no 94th ESA Annual Meeting, em Albuquerque, New Mexico, o trabalho de:

Jennifer J.M. Hathaway1, Diana E. Northup1, and Maria de Lurdes N.E. Dapkevicius2. (1) University of New Mexico, (2) University of the Azores, Terceira.

The subterranean world of caves supports a diverse community of organisms, despite the lack of solar radiation and often low availability of nutrients. Lava tubes, one type of type of caves, are common in volcanic terrain worldwide, yet are understudied compared to their more famous limestone cave counterparts. The walls and ceiling of lava tubes are often covered in colorful microbial mats, however little is known about which organisms are present and what ecological roles they fulfill. One such ecological role could be cycling nitrogen within the cave systems. The oxidation of nitrogen provides energy for some types of microorganisms, and the microbial fixation of nitrogen makes nitrogen bioavailable. Study of the organisms responsible for N transformation in soil and aquatic habitats, continue to yield new discoveries. These analyses have not been conducted in subterranean habitats where N limitation is a major constraint on biological production. Understanding how the bacteria in lava tubes are able to obtain this scarce, critical element from a nitrogen-poor environment would provide greater insight into the ecological dynamics of lava tubes. Molecular methods were used to determine the diversity of species present in 11 Azorean lava tubes, and to determine if these bacteria are capable of participating in nitrogen cycling. Samples represented a range of colors of microbial mats, different precipitation and land use regimes above the lava tubes, and different aged lava flows.
Results/Conclusions
Twelve phyla have been identified using 16S rDNA analyses from the lava tubes, including Nitrospirae (nitrite oxidizers), Actinobacteria, Proteobacteria (four divisions), Bacteriodetes, Planctomycetes, Gemmatimonadetes, Verrucomicrobia, Chloroflexi, Firmicutes, OP10, and TM7. Ammonia oxidation is suggested to occur in 8 of the 11 caves study, base on the presence of the amoA gene. Nitrogen fixation is also suggested to occur in several caves. These results indicate microbial participation in nitrogen cycling in the lava tube ecosystem. We observed small differences in community composition among differently colored microbial mats, but no strong trend in community composition by color was found. Overall, lava tube microbial communities were revealed to contain significant diversity. These results will be used as the basis of a community analyses to compare the community structure in terms of abiotic factors such as soil and water chemistry as well as land use above the lava tubes.

Empresas Açorianas na área da microbiologia precisam-se

Para os Açores, a produção de bactérias pode representar um negócio muito lucrativo.
Afinal, não é novidade. Existem pequenas ilhas no Pacífico que já o fazem e nem se está a falar de uma indústria poluidora. “Pode dar origem ao que se chama ‘spin-offs’, empresas que se podem dedicar ao crescimento de bactérias que produzem substâncias úteis para fazer antibióticos ou outros produtos, e à sua exportação”, explica adiantando que “todos os resíduos têm de ser despoluídos antes de serem lançados fora. Nenhuma empresa é licenciada sem ter métodos
de contenção”. Os cuidados de contenção dos microrganismos são importantes.
“As bactérias podem ser benéficas nas grutas, mas fora tornarem-se invasoras. Isso vê-se a nível macro. A hortênsia é muito gira, mas está-se a tornar invasora, a roca-de-velha também. Há zonas do interior da ilha que parecem campos cultivados”, alerta. O equilíbrio das próprias grutas pode estar em risco. Lurdes Enes espera que a investigação em colaboração com a Universidade do México venha a abrir caminho para a sua protecção.

“Com este trabalho os ‘Montanheiros’ poderão propor acções de protecção das grutas ao Governo Regional ou a outras entidades de direito”, diz, olhando para Pardal, o membro da associação de exploração espeleológica que tem guiado o grupo pelas grutas da ilha.
É Pardal (Fernando Pereira) que fala de algumas situações mais preocupantes. “Com a gruta do Carvão, em São Miguel, tiveram de mudar os esgotos da cidade para não prejudicar o espaço, mas ainda hoje as pessoas colocam lixo lá e há até uma ‘tia’ que tem o tubo da máquina de lavar directamente para a gruta. Também aqui, no Porto Martins, existe a gruta da Madre de Deus, em relação à qual é preciso ter cuidado, e a câmara tem tido isso em conta, porque se está a falar de uma zona em que existe perigo para as próprias casa que posam ser construídas”. Os conselhos para conservar as grutas são simples, mas muitas vezes esquecidos. “As pessoas não devem comer, beber, fumar, usá-las como casa de banho, deitar lixo. Não devem alterar seja o que for, trazer rochas ou pedacinhos da parede, escrever nas paredes como os dedos ou seja lá como for. Para além disso há que considerar a zona circundante da gruta. Se houver fertilizações azotadas abundantes, o azoto vai entrar lá para dentro e fazer crescer outro tipo de bactérias que não as nativas. Vai perturbar o equilíbrio. Não se deve fazer construções em zonas que prejudiquem as
grutas ou usá-las como fossas sépticas”, adianta Lurdes Enes, que, ao longo dos próximos três anos, deverá explorar cerca de 10 por cento das grutas dos Açores. Dois mil e nove é o ano do Pico, uma ilha muito interessante, sobretudo devido à elevada prevalência de espécies endémicas. “Será interessante ver se esse endemismo também existe nas bactérias”. Por enquanto, Lurdes Enes vai frisando que as grutas são para proteger. Afinal, está-se a falar não só de locais muitas vezes de rara beleza, mas que encerram pequenos tesouros subterrâneos. Bactérias que podem servir para criar antibióticos, enzimas para detergentes e substâncias para outras indústrias, e até ser preciosas no combate a alguns tipos de cancro. É verdade.
As bactérias são valiosas.

* Todas as fotografias são propriedade de Kenneth Ingham. Estas fotografias podem ser usadas gratuitamente para publicações cientificas, palestras, iniciativas sem fim lucrativos com vista à conservação das grutas, e para trabalhos sem fins lucrativos que directamente beneficiem a organização responsável pelas grutas íncluidas nesta reportagem . Assistência por: Airidas Dapkevicius, Pedro Cardoso. Outros participantes: Diana Northup, Jennifer (Jenny) Hathaway, Félix Rodrigues, Fernando Pereira, Maria de Lurdes Nunes Enes Dapkevicius, Ana Rita Varela.

(In DI - Revista)

Da Terceira a Marte

A professora Lurdes Enes do Departamento de Ciências Agrárias da Universidade dos Açores, pronuncia-se sobre os contributos que o projecto de investigação sobre as bactérias das grutas açorianas poderá contribuir para outros domínios do conhecimento.
Mas como pode um estudo realizado nas grutas da Terceira ajudar a descobrir vida no espaço? Isso acontece porque estão a ser colocados em prática métodos que poderão ser utilizados na exploração espacial. “Projectos como este exploram ambientes em que é muito difícil distinguir o vivo do não vivo”, adianta Lurdes Enes, que exemplifica, apontando de novo para uma imagem no ecrã do portátil. “Quando tirámos esta fotografia, no Algar do Carvão, desta rocha coberta com hexágonos, pensávamos que estes eram só mineral. Depois das análises, verificámos que era demasiado carbono para ser algo inorgânico. Estavam lá bactérias. O que estamos aqui a falar é de descobrir a fronteira entre o vivo e o não vivo, o que é útil na exploração do espaço. Um dos membros que está ligado à nossa equipa, da Universidade do Novo México, é uma astrobióloga”.
A investigadora responsável dá mais um exemplo. “Em Marte há tubos de lava. Pensa-se que o sítio mais provável para existir vida será aí, onde bactérias formam tapetes bacterianos. Estes tubos de lava existem cá, pelo que estamos a fazer exactamente testar métodos que podem ser utilizados na investigação espacial”. Além de serem úteis na exploração espacial, as bactérias representam todo um universo por explorar. Diana Northup afirma que a sua missão é fazer com que as pessoas se interessem por conhecer o mundo das bactérias.
Até porque, diz, elas são bem menos aborrecidas do que nós. Pelo menos metabolicamente falando. “Elas comem ferro, magnésio, metano…Podem até usar a luz do sol,“comer” o sol, como as plantas”, diz, com uma gargalhada. Se Diana há muitos anos se dedica a dar palestras a alunos do ensino preparatório e a levar outros, já do secundário, ao laboratório da universidade, Lurdes Enes há muito que percebeu que o desconhecimento em relação às bactérias é generalizado. Vê isso com os seus próprios alunos. “Chegam aqui e têm reacções perfeitamente estranhas como ter medo. As bactérias podem ser patogénicas, mas não são entidadezinhas vingativas, que saem dos tubos e saltam por aí atrás de nós …”.

(In DI - Revista)

Tesouros subterrâneos

As bactérias são valiosas. Sabe-se hoje que podem servir para fazer antibióticos, biofuel e enzimas para detergentes. Algumas bactérias produzem substâncias que são úteis no combate a algumas formas de cancro. Nas 67 grutas identificadas na ilha Terceira, elas crescem e espalham-se pelo chão, pelas, paredes, tecto e locais onde a água se acumula.

A equipa que leva actualmente a cabo o estudo “Understanding Underground Biodiversity”- financiado pela Fundação Ciência e Tecnologia- formada por investigadores das Universidades dos Açores e do Novo México (Estados Unidos da América), em colaboração com a empresa Kenneth Ingham Consulting, tinha, no momento em que foi feita esta reportagem, explorado 11 das grutas da ilha. E já tinham sido detectadas duas bactérias desconhecidas até ao momento. Uma delas com grande potencial, retirada da zona mais profunda da Gruta das Agulhas, no Porto Judeu.

Num gabinete do pólo da Universidade dos Açores na Terra-Chã, Lurdes Enes, a investigadora- responsável, visivelmente cansada após um dia a percorrer, de joelhos, uma gruta onde nem é possível ficar de pé, chama a atenção para a imagem que aparece no portátil. “Veja: Colocámos várias bactérias patogénicas, como a salmonela, juntamente com aquela bactéria que descobrimos. Na zona onde ela estava as outras bactérias foram eliminadas”, explica. A seguir à explicação da colega, percebendo muito pouco das palavras de português, Diana Northup, da Universidade do Novo México finaliza: “Thats a good killing” (essa foi uma boa matança). E é disso que Diana anda à procura. “Tenho feito bastantes estudos na área dos antibióticos em grutas do Novo México, onde encontrámos resultados muito interessantes. Uma colega minha identificou bactérias que produzem substâncias extremamente promissoras no combate a doenças cancerosas. Chegámos à conclusão que as bactérias que vivem nas grutas mais isoladas, sem muito contacto com o exterior, são as melhores. E acreditamos que os Açores têm potencial”, diz, com o ar descontraído como a camisa, com grandes flores, ao estilo havaiano.
Seria da investigadora da Universidade do Novo México que surgiria a ideia para a realização de um primeiro estudo. Tudo começou em 2004, quando esteve na Terceira para uma conferência e conheceu os professores da UA Paulo Borges e Rosalina Gabriel, que a levaram a ver “tapetes bacterianos maravilhosos”. Entrariam em contacto com Lurdes Enes e, juntos, fariam um primeiro estudo nas grutas do Algar do Carvão e do Natal. “Queríamos ver, entre outras coisas, o efeito das visitas turísticas sobre a biodiversidade. Verificamos que no Algar do Carvão havia uma biodiversidade menor, visto que é uma gruta muito mais aberta, e que havia lá bactérias que produziam substâncias interessantes…. A partir daí, a professora Rosalina, o professor Paulo e a Diana, não me deixaram descansar”, lembra Lurdes Enes.

Além disso, o marido de Diana Northup, Kenneth Ingham, tem vindo a fotografar o potencial que se esconde nas grutas da Terceira. Fixou em imagem, com muito e complexo material fotográfico, não só os grandes mantos formados pelas bactérias, mas também o lado negativo, provocado pelos humanos. Seria também Kenneth Ingham, através da sua empresa, a resolver um impasse financeiro do qual o estudo estava dependente. Ainda hoje o faz, enquanto o financiamento da FCT não chega.
Mas, apesar das dificuldades, Lurdes Enes considera que conseguir a aprovação da FCT foi surpreendentemente simples. “Isto foi submetido à FCT em 2006. Mais ou menos nos finais de Junho, estava alinhavada a ultima fase do projecto para submeter. Um ano depois, recebemos uma carta a informar-nos que estava tudo bem, tínhamos conseguido o projecto… Fiquei surpreendida porque estes são processos complexos, mas penso que o interesse da investigação é claro”. O projecto conseguiria financiamento total, 200 mil euros. Isto porque une a defesa da biodiversidade, a investigação na área dos antibióticos e até abre caminho para a descoberta da vida em outros planetas.

(In DI - Revista)

Bactérias das grutas açorianas

Investigadores da Universidade dos Açores isolaram um micro-organismo com propriedades antibióticas.
foi no âmbito de um projecto de investigação da biodiversidade em grutas vulcânicas.

Grutas Vulcânicas - Universidade efectua estudo

Notícia de 4 Fevereiro de 2008 do Jornal da Tarde da RTP Açores (terceira notícia).

A notícia pode ser visualizada em:

http://ww1.rtp.pt/multimedia/index.php?tvprog=1501

Ficheiro 2008.02.04

Infiltração de águas das pastagens coloca em risco grutas açorianas

Paulo Borges, investigador do Departamento de Ciências Agrárias da Universidade dos Açores, explicou ao Diário dos Açores, que a pior ameaça que pode atingir os algares vulcânicos (grutas com um desenvolvimento subvertical) consiste, sobretudo, na "poluição gerada pela lixiviação da água das pastagens, que entram no ecossistema das cavidades vulcânicas, podendo ser muito prejudiciais, porque alteram a composição dos compostos bacteriológicos". Esta situação pode prejudicar o projecto que pretende avaliar, nos próximos três anos, as bactérias existentes nos algares vulcânicos e restantes cavidades subterrâneas, visando encontrar compostos químicos e substâncias que possam criar novos antibióticos de modo a contribuir para a biomedicina, tal como já aconteceu nos Estados Unidos da América. Questionado acerca da relevância do aumento de visitantes nas grutas açorianas, Paulo Borges sublinhou que "é um mal menor", adiantando que em 250 cavidades naturais existentes nos Açores "apenas 3 ou 4 é que estão a ser utilizadas turisticamente e, portanto, o problema maior prende-se com a actividade levada a cabo nos solos".O estudo que vai avaliar a quantidade de poluentes que infiltram os solos e bactérias existentes nas grutas foi aprovado e financiado pela Fundação Ciência e Tecnologia, com 200 mil euros e envolve o Centro de Investigação de Tecnologias Agrárias (CITA) e investigadores da Universidade do Novo México. O projecto subordinado ao tema, "Understanding Underground Biodiversity: Studies of Azorean Lava Tubes", é dirigido pela professora Maria de Lurdes Dapkevicius e onde participam os professores do Departamento de Ciências Agrárias da Universidade dos Açores, Célia Silva, Félix Rodrigues, Airidas Dapkevicius, Paulo Borges e Rosalina Gabriel. É no âmbito deste projecto que relaciona a presença humana e o seu impacto na diversidade microbiológica das grutas, que vai ser proferida uma conferência a ter lugar hoje no auditório do Campus de Angra do Heroísmo, no Pico da Urze. Intitulada "Sight Unseen: Diversity and Conservation of Life in Caves", a conferência será proferida pela professora da Universidade do Novo México, Diana Northup.Diana Northup, na intervenção que fará hoje, irá dar a conhecer que "as grutas são ainda um ambiente inexplorado no que toca à pesquisa de compostos bioactivos, como por exemplo antibióticos, que podem ser utilizados na indústria farmacêutica".

(In Diário dos Açores)

Biodiversidade em grutas

O número de visitantes nas grutas dos Açores tem aumentado significativamente nos últimos anos o que pode levar a uma alteração do equilíbrio dinâmico do ambiente natural dessas grutas ao modificar a qualidade do ar e ao introduzir microrganismos estranhos ao sistema. O alerta é de Diana Northup, professora da Universidade do Novo México nos Estados Unidos da América, que apresenta no próximo dia 30, no Auditório do Campus de Angra do Heroísmo da Universidade dos Açores, pelas 14h30, uma conferência proferida intitulada "Sight Unseen: Diversity and Conservation of Life in Caves", integrada nas actividades do projecto do Departamento de Ciências Agrárias da academia açoriana.Segundo Diana Northup, que foi editora convidada da prestigiada revista internacional Geomicrobiology Journal, "as grutas são ainda um ambiente inexplorado no que toca à pesquisa de compostos bioactivos, como por exemplo antibióticos", que podem ser utilizados na indústria farmacêutica. A investigadora acrescenta que os biofilmes, complexos ecossistemas microbianos, das grutas açorianas "assemelham-se aos dos Estados Unidos, pelo que poderão também conter novos organismos". A maior parte da actividade bacteriana na natureza ocorre com as bactérias organizadas em comunidades sob a forma de um biofilme.A associação dos organismos em biofilmes constitui uma forma de protecção ao seu desenvolvimento, fomentando relações simbióticas e permitindo a sobrevivência em ambientes hostis.Northup estuda a biodiversidade em grutas desde 1984, tendo-se formado em Biologia na Universidade do Novo México.Desde então investiga a diversidade microbiológica em tubos de lava com vista a compreender a forma como alguns microrganismos ajudam a produzir depósitos ferromagnéticos nesses ambientes extremos ou como é que esses microrganismos participam na formação de precipitados de carbonato de cálcio, entre muitos outros aspectos incluindo estudos do impacto na biodiversidade microbiológica de grutas pela visitação humana. O projecto "Understanding Underground Biodiversity: Studies of Azorean Lava Tubes", coordenado pela Professora Maria de Lurdes Dapkevicius e onde participam os Professores do Departamento de Ciências Agrárias da Universidade dos Açores; Célia Silva, Félix Rodrigues, Airidas Dapkevicius, Paulo Borges e Rosalina Gabriel, foi aprovado e financiado pela Fundação Ciência e Tecnologia.

(In Diário dos Açores)

Bolsa Pós-Doutoramento

Bolsa de Pós-Doutoramento (BPD) - Projecto PTDC/AMB/70801/2006
14.1.2008

No âmbito do Projecto PTDC/AMB/70801/2006Encontra-se aberto concurso para atribuição de uma Bolsa de Pós-Doutoramento (BPD) no âmbito do projecto “Compreender a Biodiversidade Subterrânea: Estudo dos Tubos de Lava dos Açores”, de referência PTDC/AMB/70801/2006, financiado pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT), e que irá decorrer no Centro de Investigação e Tecnologias Agrárias dos Açores (Universidade dos Açores), nas seguintes condições:1. Duração, regime de actividade e remuneração:1.1 – Duração: A bolsa tem início previsto para Fevereiro de 2008 e terá a duração de 12 meses, eventualmente renovável, até ao limite máximo de 36 meses, mediante avaliação intercalar do desempenho do bolseiro. À avaliação global de insuficiente está associada a caducidade da bolsa.1.2 – Regime de actividade: O desempenho de funções é efectuado em regime de exclusividade, conforme Regulamento de Formação Avançada de Recursos Humanos da FCT (http://www.fct.mctes.pt/pt/apoios/formação/ambitoprojectos).1.3 – Remuneração: De acordo com a tabela de valores das Bolsas de Investigação no país atribuídas pela FCT (€1495,00 + € 79,57 de seguro social voluntário), sendo o pagamento efectuado por transferência bancária.Seguro contra acidentes pessoais.2. Objecto de actividade:2.1 – Constituem objectivos do projecto:a. Estudar a biodiversidade dos biofilmes microbianos dos tubos de lava: identificar os microrganismos a eles associados por métodos dependentes e independentes da cultura laboratorial (técnicas microbiologia clássica e de filogenia molecular).b. Estudar o potencial antimicrobiano dos microrganismos oriundos das grutas contra patógenos resistentes a antibióticos. Isolar caracterizar parcialmente antibióticos de origem microbiana.c. Compreender o ambiente físico em que vivem os microrganismos das grutas.d. Encontrar indicadores biológicos que sirvam de substitutos para a avaliação da biodiversidade dos biofilmes microbianos.e. Fornecer informação a vários tipos de grupos-alvo (políticos, técnicos, científicos, didácticos, visitantes, etc.) para divulgar o conhecimento produzido e promover a exploração equilibrada das grutas. 2.2 – O trabalho a desenvolver pelo bolseiro no âmbito do projecto compreende a utilização de:a) Técnicas de biologia molecular;b) Técnicas de manutenção de culturas microbianas;c) Técnicas de análise química instrumental (cromatografias);d) Trabalho de campo de natureza espeleológica.3. Orientação científica:Doutora Maria de Lurdes Enes Dapkevicius; Prof. Doutor Paulo Borges; Doutora Rosalina Gabriel; Doutora Célia Silva; Prof. Félix Rodrigues; Doutora Diana Northup.4. Qualificações e requisitos exigidos:Os candidatos devem ser detentores de um Doutoramento na área das Ciências da Vida, nomeadamente, Biologia, Microbiologia, Bioquímica, Biologia Molecular ou afins.Serão factores preferenciais possuir experiência comprovada de investigação prévia em biologia molecular, sistemas de manutenção de culturas microbianas, técnicas de análise química instrumental e bom domínio, oral e escrito, das línguas portuguesa e/ou inglesa.5. Critérios de avaliação das candidaturas:A avaliação das candidaturas terá em conta o mérito do candidato, considerando a formação académica, o perfil curricular e a experiência em investigação científica relevante para o projecto em questão, em particular, experiência na coordenação de projectos de investigação. A avaliação curricular poderá ser complementada por entrevista, se o júri o considerar necessário.6. Documentos de candidatura:6.1 – As candidaturas serão formalizadas por carta de motivação dirigida ao presidente do júri do concurso, acompanhadas da seguinte documentação:a) – Cópia de certidão de habilitações académicas (Licenciatura e Doutoramento), com lista descriminada das avaliações obtidas;b) – Cópias do documento legal de identificação e do cartão de contribuinte;c) – Curriculum vitae pormenorizado (máximo 10 páginas);d) – Cartas de recomendação (máximo 2).6.2 – A não apresentação dos documentos mencionados nas alíneas a) a c) do número anterior constituirá motivo de não admissão ao concurso.Nota:O presente Edital será publicitado em http://www.angra.uac.pt/gba .7. Candidaturas:O período de candidaturas decorre entre 14 e 28 de Janeiro de 2008 (data de correio) e as propostas de candidatura deverão ser enviadas por via postal para:Doutora Maria de Lurdes Enes DapkeviciusUniversidade dos AçoresDepartamento de Ciências AgráriasCITA-ATerra Chã9701-851 Angra do Heroísmo Esclarecimentos adicionais poderão ser solicitados através da morada electrónica mariaenes@notes.angra.uac.pt ou pborges@uac.pt, ou ainda pelo telefone 295 402 200 (Doutora Maria de Lurdes Enes Dapkevicius ou Doutor Paulo Borges).

Biodiversidade em Grutas -Conferência

Uma conferência sobre biodiversidade de grutas, proferida por Diana Northup, professora da Universidade do Novo México, tem lugar no dia 30 deste mês, pelas 14H30, no auditório do Campus de Angra do Heroísmo, no Pico da Urze.Intitulada “Sight Unseen: Diversity and Conservation of Life in Caves”, a conferência está integrada nas actividades do projecto do Departamento de Ciências Agrárias da Universidade dos Açores “Understanding Underground Biodiversity: Studies of Azorean Lava Tubes”, dirigido pela professora Maria de Lurdes Dapkevicius. Diana Northup estuda a biodiversidade em grutas desde 1984. Formou-se em Biologia na Universidade do Novo México, nos EUA, a e praticamente desde então que investiga a diversidade microbiológica em tubos de lava com vista a compreender a forma como alguns microrganismos ajudam a produzir depósitos ferromagnéticos nesses ambientes extremos ou como é que esses microrganismos participam na formação de precipitados de carbonato de cálcio, entre muitos outros aspectos, incluindo estudos do impacto na biodiversidade microbiológica de grutas pela visitação humana.Diana Northup foi editora convidada da prestigiada revista internacional Geomicrobiology Journal.

(In Diário Insular)