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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOTECNOLOGIA, NÚCLEO DE PESQUISA EM CIÊNCIAS BIOLÓGICAS Diversidade e bioprospecção de fungos associados às macroalgas antárticas Monostroma hariotti Gain e Porphyra endiviifolia (A. Gepp & E.S Gepp) Y.M. Chamberlain Laura Esteves Furbino Ouro Preto 2012

Diversidade e bioprospecção de fungos associados às macroalgas

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOTECNOLOGIA,

NÚCLEO DE PESQUISA EM CIÊNCIAS BIOLÓGICAS

Diversidade e bioprospecção de fungos associados às

macroalgas antárticas Monostroma hariotti Gain e

Porphyra endiviifolia (A. Gepp & E.S Gepp) Y.M.

Chamberlain

Laura Esteves Furbino

Ouro Preto

2012

Diversidade e bioprospecção de fungos associados às macroalgas

antárticas Monostroma hariotti Gain e Porphyra endiviifolia (A.

Gepp & E.S Gepp) Y.M. Chamberlain

Laura Esteves Furbino

Laura Esteves Furbino

Diversidade e bioprospecção de fungos associados às macroalgas

antárticas Monostroma hariotti Gain e Porphyra endiviifolia (A.

Gepp & E.S Gepp) Y.M. Chamberlain

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação

em Biotecnologia, Núcleo de Pesquisa em Ciências

Biológicas da Universidade Federal de Ouro Preto, como

requisito parcial à obtenção do título de Mestre em

Biotecnologia.

Área de concentração: Biotecnologia Aplicada a

Processos

Linha de pesquisa: Bioprospecção de fungos

Orientador: Luiz Henrique Rosa

Co-orientador: Carlos Augusto Rosa

Ouro Preto, Minas Gerais

2012

Catalogação: [email protected]

F983D FURBINO, LAURA ESTEVES.

Diversidade e bioprospecção de fungos associados às macroalgas antárticas Monostroma

hariotti Gain e Porphyra endiviifolia (A. Gepp & E.S Gepp) Y. M. Chamberlain [manuscrito] /

Laura Esteves Furbino - 2012.

ix, 64f.: il., color; grafs.; tabs.

Orientador: Prof. Dr. Luiz Henrique Rosa.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto.

Instituto de Ciências Exatas e Biológicas. Núcleo de Pesquisas em

Ciências Biológicas. Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia.

Área de concentração: Biotecnologia Aplicada a Processos e

ao Tratamento de Doenças.

1. Antártida - Teses. 2. Antártica (Região) - Teses. 3. Bioprospecção - Teses. 4. Fungos -

Teses. 5. Alga - Teses. 6. Biodiversidade - Teses. I. Universidade Federal de Ouro Preto. II.

Título.

CDU: 582.26/.28(292.3)

Colaboradores:

1Carlos Leomar Zani

2Franciane Maria Pellizzari

3Nair Sumie Yokoya

4Tânia Maria de Almeida Alves.

1Laboratório de Química de Produtos Naturais. Centro de Pesquisa René Rachou, Fundação

Oswaldo Cruz. Belo Horizonte, Minas Gerais.

2Laboratório de Ficologia e Qualidade de Água do Mar (LAQUAMAR). Universidade

Estadual do Paraná. Paranaguá, Paraná.

3Instituto de Botânica, Secretaria de Estado do Meio Ambiente, Seção de Ficologia.

Universidade de São Paulo. São Paulo, São Paulo.

4Laboratório de Química de Produtos Naturais. Centro de Pesquisa René Rachou, Fundação

Oswaldo Cruz. Belo Horizonte, Minas Gerais.

i

AGRADECIMENTOS

À Deus, tão fiel mesmo tendo filhos tão infiéis. À Umbanda por me devolver a crença e a

espiritualidade. Às entidades pelas palavras simples mas nem por isso menos sábias.

Aos meus pais pela certeza do amor e por apoiarem as minhas escolhas.

A Ni, pelo privilégio de se ter duas mães.

Aos meus irmãos, Rena e Fá, pela relação que transcende os laços sanguíneos.

Ao meu marido, meu amor e melhor amigo.

Aos meus familiares, avó, tios e primos pela torcida.

Ao orientador Luiz Henrique Rosa agradeço pelo exemplo, paciência e credibilidade.

Obrigada por estar sempre presente e por ter me confiado um projeto de grande

responsabilidade.

Ao Carlos Augusto Rosa pela co-orientação, disponibilidade e acolhida. Obrigada pelos

ensinamentos.

À Silvana Queiroz e Susana Johann, por aceitarem compor a banca.

Aos amigos do laboratório de Biodiversidade, Taxonomia e Biotecnologia de Fungos pela

acolhida, e pela oportunidade de aprendizado e convivência.

Ao CNPq pela bolsa de mestrado concedida. A FAPEMIG pelo apoio financeiro;

Ao Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia da Universidade Federal de Ouro Preto.

Aos amigos da biologia e às flores...é sempre bom contar com vocês.

Obrigada a todos pela torcida e orações! Que Deus retribua à vocês um caminho de muita paz

e luz.

ii

RESUMO

A produção de metabólitos bioativos por fungos marinhos têm sido alvo de grande interesse

por diferentes grupos de pesquisa, uma vez que os oceanos cobrem mais de 70% da superfície

da Terra e constituem um ambiente relativamente pouco explorado em relação à diversidade

biológica e química das comunidades microbianas. Os estudos sobre fungos associados às

macroalgas antárticas são escassos e muitas das espécies algícolas são endêmicas e/ou

adaptadas a essa região, podendo constituir uma fonte atrativa de novas espécies e metabólitos

de interesse biotecnológico. Os gêneros Porphyra C. Agardh e Monostroma Thuret incluem

espécies de grande importância econômica, utilizadas na indústria alimentícia, cosmética e

farmacêutica em vários países. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi conhecer a

diversidade de fungos associados às macroalgas Monostroma hariotti Gain e Porphyra

endiviifolia (A. Gepp & E.S Gepp) Y.M. Chamberlain ao longo de um gradiente latitudinal

em ilhas antárticas e avaliar o potencial destes fungos em relação à produção de metabólitos

com atividade biológica. As macroalgas foram coletadas nas Ilhas Elefante, Rei George e

Deception. Para isolamento dos fungos foram coletados fragmentos de 390 espécimes de

macroalgas. As amostras foram obtidas em substratos rochosos localizados na região entre

marés. Para o isolamento dos fungos foram utilizados fragmentos dos talos das algas, os quais

foram inoculados em placas de Petri contendo o meio Agar Marinho. No total foram obtidos

278 isolados de fungos; destes, 149 fungos filamentosos e 129 leveduras. Os isolados foram

agrupados em morfoespécies a partir das características macromorfológicas e confirmados

posteriormente por meio da técnica molecular de microsatélite utilizando o iniciador GTG’5.

Um representante de cada morfoespécie foi identificado por meio de sequenciamento de

regiões ITS e dos domínios D1/D2 do gene do rRNA para os fungos filamentosos e leveduras,

respectivamente. As espécies identificadas pertencem aos gêneros Antarctomyces,

Aspergillus, Cadophora, Candida, Cystofilobasidium, Cryptococcus, Geomyces,

Guehomyces, Meyerozyma, Metschnikowia, Oidiodendron, Penicillium, Rhodotorula e

Verticillium. Os estudos de diversidade indicaram que a composição da comunidade fúngica

das macroalgas são pouco similares e, também, que as espécies fúngicas apresentam baixa

especificidade quanto ao hospedeiro. Todos os fungos obtidos foram cultivados em Agar

marinho para obtenção dos extratos brutos, os quais foram avaliados quanto a atividade

antimicrobiana utilizando como alvo os micro-organismos: Escherichia coli, Staphylococcus

aureus, Candida albicans, C. krusei e Cladosporium sphaerospermum. Dos 218 extratos

iii

avaliados, oito apresentaram atividade antimicrobiana; destes, seis contra C. krusei, um contra

C. albicans e um contra C. sphaerospermum. O extrato do fungo Geomyces pannorum

UFMGCB 5987 apresentou atividade antimicrobiana considerada promissora (95,2%) frente

aos esporos de C. sphaerospermum. Além dos ensaios antimicrobianos os fungos foram

avaliados quanto à capacidade de degradar amido, carboximetilcelulose, xilana, proteína

(caseína) e éster. Setenta e um por centos dos isolados apresentaram pelo menos um tipo de

atividade enzimática, sendo a esterásica predominante (68%), seguida pelas atividades

amilásica (43%), proteásica (38%), celulolítica (13%) e xilanolítica (0,16%). Os resultados

obtidos neste trabalho sugerem a presença de uma comunidade de fungos adaptada às

condições extremas da Antártica, a qual pode exercer um papel ecológico significativo na

decomposição de matéria orgânica e na ciclagem de nutrientes; além disso, alguns destes

fungos podem representar uma fonte promissora de metabólitos bioativos de interesse

biotecnológico.

.

iv

ABSTRACT

The production of bioactive metabolites marine fungi have been of great interest by different

research groups because the oceans cover more than 70% of the surface and form a relatively

unexplored in relation to the diversity chemical and biological of microbial communities.

Studies on fungi in Antarctic seaweeds are scarce and many species algicolous are endemic

and/or adapted to this region may constitute an attractive source of new species and

metabolites of biotechnological interest. The genus Porphyra C. Agardh and Monostroma

Thuret include species of great economic importance, used in the food industry, cosmetics and

pharmaceuticals in various countries. In this context, the objective of this study was to

understand the diversity of algicolous fungi from Monostroma hariotti Gain and Porphyra

endiviifolia (A. Gepp & ES Gepp) YM Chamberlain along a latitudinal gradient in Antarctic

islands and evaluate the potential of these fungi for the production of metabolites with

biological activity. The algae were collected in the Islands Elephant, King George and

Deception. For isolation of fungi were collected fragments of 390 specimens of algae. The

samples were obtained on substrates located in the rocky intertidal region. To isolate the fungi

used were fragments of the stems of the seaweed, which were inoculated onto petri dishes

containing Marine Agar. In all 278 isolates were obtained from fungi, of which, 149

filamentous fungi and yeasts 129. The isolates were grouped into morphospecies from the

morphological features and later confirmed by the technique of molecular microsatellite

GTG'5 using primer. One representative from each morphospecies was identified by

sequencing ITS regions and domains D1/D2 rRNA gene for yeasts and filamentous

respectively. The species identified belong to the genera Antarctomyces, Aspergillus,

Cadophora, Candida, Cystofilobasidium, Cryptococcus, Geomyces, Guehomyces,

Meyerozyma, Metschnikowia, Oidiodendron, Penicillium, Rhodotorula and Verticillium. The

diversity studies indicated that the composition of the fungal seaweeds are somewhat similar,

and also that the fungal species and have low specificity to the host. All fungi obtained were

cultured in marine agar to obtain the crude extracts, which were evaluated for antimicrobial

activity using target microorganisms: Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Candida

albicans, Candida krusei and Cladosporium sphaerospermum. Of the 218 extracts evaluated,

eight had antimicrobial activity, six against C. krusei, one against against C. albicans and one

against C. sphaerospermum. The extract of the fungus Geomyces pannorum UFMGCB 5987

had considered promising antimicrobial activity (95.2%). The fungi were tested for their

capacity to degrade starch, carboxymethyl cellulose, xylan, protein (casein) and ester.

Seventy-one per cent of isolates had at least one type of enzyme activity, being the esterase

predominant (68%), followed by amylase activity (43%), protease (38%), cellulolytic (13%)

and xylanolytic (0, 16%). The present results suggest the presence of a fungal community

adapted to extreme conditions of Antarctica, which may play a significant ecological role in

the decomposition of organic matter and nutrient cycling, in addition, some of these fungi

may represent a promising source of bioactive metabolites of biotechnological interest.

v

SUMÁRIO LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS....................................................................................................vi

LISTA DE FIGURAS..........................................................................................................................................viii

LISTA DE TABELAS............................................................................................................................................ix

1 RELEVÂNCIA E JUSTIFICATIVA ................................................................................................................ 1

2 REVISÃO DA LITERATURA.......................................................................................................................... 2

2.2 ANTÁRTICA ................................................................................................................................................ 2 2.3 MACROALGAS ANTÁRTICAS ....................................................................................................................... 3

2.3.1 Monostroma hariotti Gain ............................................................................................................... 4 2.3.2 Porphyra endiviifolia (A. Gepp & E.S Gepp) Y.M. Chamberlain .................................................... 4

2.4 DIVERSIDADE DE FUNGOS NA ANTÁRTICA ................................................................................................. 5 2.4.1 Fungos algícolas.............................................................................................................................. 6

2.4.1.1 Fungos marinhos como fontesde metabólitos biotivos .................................................................... 8 2.4.1.2 Fungos marinhos como fonte de enzimas ...................................................................................... 11

3 OBJETIVOS ..................................................................................................................................................... 12

3.1 OBJETIVO GERAL ....................................................................................................................................... 12 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................................................................. 12

4 MATERIAL E MÉTODOS ............................................................................................................................. 13

4.1 COLETAS DAS MACROALGAS ....................................................................................................................... 13 4.2 ISOLAMENTO E PRESERVAÇÃO DOS FUNGOS ............................................................................................ 15 4.3 CULTIVO DOS FUNGOS E PREPARO DOS EXTRATOS ................................................................................... 15

4.3.1 Fungos filamentosos ...................................................................................................................... 15 4.3.2 Leveduras ...................................................................................................................................... 16

4.4 ENSAIOS ANTIMICROBIANOS .................................................................................................................... 16 4.4.1 Determinação da atividade antifúngica ........................................................................................ 16 4.4.2 Determinação da atividade antibacteriana ................................................................................... 18

4.5 ENSAIOS ENZIMÁTICOS ............................................................................................................................ 19 4.6 IDENTIFICAÇÃO DOS FUNGOS ................................................................................................................... 20

4.6.1 Extração do DNA total dos fungos filamentosos ........................................................................... 20 4.6.2 Extração do DNA total das leveduras ........................................................................................... 21 4.6.3 PCR com iniciador (GTG)5 ........................................................................................................... 22

4.7 OBTENÇÃO DOS AMPLICONS .................................................................................................................... 22 4.7.1 Purificação dos amplicons ............................................................................................................ 23 4.7.2 Reação de sequenciamento ............................................................................................................ 24 4.7.3 Precipitação da reação de sequenciamento .................................................................................. 24 4.7.4 Análise computacional das sequências .......................................................................................... 25 4.7.5 Diversidade da comunidade fúngica: abundância, riqueza e equitabilidade ................................ 25

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO..................................................................................................................... 26

5.1 COLETA E ISOLAMENTO DOS FUNGOS ALGÍCOLAS .................................................................................... 26 5.2 CULTIVO E OBTENÇÃO DOS EXTRATOS ETANÓLICOS ................................................................................ 28 5.3 IDENTIFICAÇÃO DOS FUNGOS ................................................................................................................... 28 5.4 DIVERSIDADE DA COMUNIDADE FÚNGICA ALGÍCOLA ............................................................................... 34 5.4 DETERMINAÇÃO DA ATIVIDADE ANTIMICROBIANA .................................................................................. 45 5.5 ATIVIDADE ENZIMÁTICA EXTRACELULAR ................................................................................................ 51

6 CONCLUSÕES .......................................................................................................................................... 54

7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................................................ 55

vi

LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS

AM: agar marinho

BLAST: Basic Local Alignment Search Tool

CM: caldo marinho

cm: centímetro

CTAB: Brometo de cetil trimetilamonio

DMSO: Dimetilsulfóxido

DNA: Ácido desoxirribonucléico

dNTP: Desoxirribonucleotídeos fosfatados

EACF: Estação Antártica Comandante Ferraz

EDTA: Ácido etilenodiamino tetra-acético

EUA: Estados Unidos da América

g: grama

g/L: grama por litro

GPS: Global Positioning System

h: Hora

H2O: água

HCl: Ácido clorídrico

ICB: Instituto de Ciências Biológicas

IRR/FIOCRUZ: Instituto René Rachou/Fundação Oswaldo Cruz

ITS: Região transcrita interna

KH2PO4: Dihidrogenofosfato de potássio

LBEM: Laboratório de Biodiversidade e Evolução Molecular

LQPN: Laboratório de Química de Produtos Naturais

m: metro

M: molar

MgCl2: cloreto de magnésio

MgSO4: Sulfato de magnésio

mg: miligrama

mg/mL: miligrama/mililitro

min: Minuto

vii

mL: Mililitro

mm: Milímetro

mM: Milimolar

mol/L : mol por litro

MTT: Brometo Tiazolil Azul de Tetrazólico

μg: Micrograma

μg/mL: micrograma/mililitro

μl: Microlitro

Na2HPO4: dihidrogenofosfato de sódio

NaCl: Cloreto de sódio

NCBI: National Center for Biotechnology Information

ng: nanograma

nm: Nanômetro

PCR: Reação em cadeia da polimerase

PEG: polietilenoglicol

pH: potencial hidrogeniônico

p.p.m: partes por milhão

pmol: Pico mol

p/v: peso por volume

rRNA: RNA ribossomal

r.p.m.: Rotações por minuto

s: Segundo

SDS: Dodecil sulfato de sódio

TBE: Tris borato

U: Unidade

UFMG: Universidade Federal de Minas Gerais

UFMGCB : Coleção de Micro-organismos e Células da Universidade Federal de Minas

Gerais

UFOP: Universidade Federal de Ouro Preto

V: Volts

% : por cento

ºC: graus Celsius

viii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Monostroma hariotti Gain em substratos rochosos antárticos. ............................. 4

Figura 2 Porphyra endiviifolia (A. Gepp & E.S Gepp) Y.M. Chamberlain em substratos

rochosos antárticos. .......................................................................................................... 5

Figura 3 Estruturas moleculares (A) cefalosporina C e (B) ziconotida. .............................. 9

Figura 4 Modelo da disposição dos extratos e controles na placa de 96 poços utilizada

nos ensaios antifúngicos. ................................................................................................ 18

Figura 5 Modelo da disposição dos extratos e controles na placa de 96 poços utilizada

nos ensaios antibacterianos. ........................................................................................... 19

Figura 6 Fungos isolados das macroalgas antárticas Monostroma hariotti e Porphyra

endiviifolia. ...................................................................................................................... 26

Figura 7 Porcentagem de fungos isolados por área de coleta. ............................................ 27

Figura 8 Dendograma representando a similaridade entre a comunidade fúngica de

Porphyra endiviifolia das três ilhas antárticas. DE, Deception; EL, Elefante; RG,

Rei George. ...................................................................................................................... 42

Figura 9 Dendograma representado a similaridade da comunidade fúngica entre as ilhas

antárticas. DE, Deception; EL, Elefante; RG, Rei George. ......................................... 43

Figura 10 Dendograma representando a similaridade fúngica entre a comunidade

fúngicas de Monostroma hariotti das três ilhas antárticas. DE, Deception; EL,

Elefante; RG, Rei George. .............................................................................................. 44

Figura 11 Esquema representando o número de táxons compartilhados. ........................ 45

ix

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Localização, número de espécimes, dados físico-químicos da água e

coordenadas onde Porphyra endiviifolia e Monostroma hariotti foram coletadas. .... 14

Tabela 2 Número de isolados de fungos algícolas obtidos por macroalgas e áreas de

coleta. ............................................................................................................................... 27

Tabela 3 Identificação molecular dos fungos algícolas, por meio da análise das

sequências da região ITS e dos domínios D1/D2 do gene do rRNA. .......................... 30

Tabela 4 Número de isolados e porcentagem de abundância dos fungos isolados. .......... 37

Tabela 5 Dados físico-químicos, abundância e diversidade dos fungos associados às

macroalgas Porphyra endiviifolia e Monostroma hariotii coletadas nas ilhas

antárticas. ........................................................................................................................ 39

Tabela 6 Atividade antimicrobiana dos extratos brutos obtidos dos fungos associados às

macroalgas antárticas. ................................................................................................... 49

Tabela 7 Atividade enzimática extracelular dos fungos algícolas. ..................................... 53

ii

1 RELEVÂNCIA E JUSTIFICATIVA

Apesar das condições extremas e desafiadoras à sobrevivência dos organismos, o continente

antártico é conhecido por abrigar micro-organismos extremófilos em seus diferentes habitats,

como solo, rochas, lagos, aves, mamíferos e plantas. Embora nos últimos anos tenha

aumentado os estudos sobre micro-organismos nos ecossistemas antárticos e os estudos sobre

fungos derivados do ambiente marinho, a diversidade microbiana de fungos associados às

macroalgas é praticamente desconhecida. As algas desempenham um papel importante na

vida costeira marinha, na ciclagem de nutriente e na produção de metabólitos bioativos. Para

uma melhor compreensão sobre as macroalgas marinhas é necessário entender as interações

com outros componentes do ecossistema, tais como os fungos. Informações sobre a

diversidade e natureza das associações com os fungos são muito limitadas.

A evolução e sobrevivência destes fungos constantemente expostos a condições

extremas resultaram na seleção de organismos com diferentes níveis de adaptação e

possivelmente produtores de substâncias únicas com funções ecológicas diversas o que os

torna alvos promissores em estudos biotecnológicos. Por serem adaptados a condições

extremas, os fungos antárticos podem apresentar vias bioquímicas diferenciadas em

comparação com espécies presentes em ambientes tropicais e temperados e serem capazes de

produzir substâncias únicas como, por exemplo, enzimas ativas a baixas temperaturas; ou

ainda, a produção de metabólitos secundários bioativos, os quais podem ser utilizados como

protótipos para novos fármacos. Desta forma, o estudo da diversidade e potencial biotecnológico

da comunidade de fungos associados à macroalgas da Antártica é de grande importância para

ampliar as informações taxonômicas, distribuição biogeográfica e uso biotecnológico destes

micro-organismos extremófilos.

2

2 REVISÃO DA LITERATURA

2.1 Antártica

A Antártica é o continente mais meridional do planeta, localizado quase inteiramente dentro

do Círculo Polar Antártico. Possui uma superfície de 14 milhões de Km2, equivalente a 1,6

vezes a área do Brasil ou 10% das áreas emersas do globo. Seu território é circundado por um

tempestuoso oceano com milhares de icebergs e por onde se formam plataformas de gelo que

confundem com o contorno continental (BISCHOFF, 1996; FERREIRA, 2009). Compreende

um dos ambientes mais extremos da Terra. É um continente remoto e inóspito e o clima é o

mais frio e seco conhecido no planeta. Os ventos ultrapassam a velocidade de 100 km/h e a

temperatura anual varia de 15˚C no verão a -80˚C no inverno (CHILD & KELLY, 1990;

FERREIRA; 2009).

O continente Antártico é caracterizado pelo isolamento geográfico e climático e a

maior parte possui pouca ou nenhuma influência antrópica (RUISI et al., 2007; BRUNATI et

al., 2009). As condições que prevalecem são de baixas temperaturas, ciclos de congelamento

e degelo, alta incidência de radiação ultravioleta, baixa precipitação anual, fortes ventos e

baixa disponibilidade de água (ONOFRI et al., 2007; RUISI et al., 2007; SHIVAJI &

PRASAD, 2009), fatores considerados limitantes para a vida animal e vegetal (ONOFRI et

al., 2007).

Apesar das condições extremas encontradas, diferentes formas de vida estão presentes

no continente Antártico como bactérias, fungos, invertebrados, aves e mamíferos (RUISI et

al., 2007; ROSA et al., 2009; SHIVAJI & PRASAD, 2009). A fauna inclui mamíferos e aves

aquáticas. O animal mais importante para a cadeia alimenta é o krill, que alimenta baleias,

focas, pinguins e aves da região (CLARCK, 2005). A flora antártica é considerada primitiva e

as condições climáticas e a pouca espessura do solo dificultam a sobrevivência da maioria dos

vegetais. Por isso, a diversidade de espécies no continente é limitada a duas angiospermas,

Colobanthus quitensis e Deschampsia antarctica, e musgos. Por outro lado, o ambiente

marinho é ideal para proliferação de algas (BISCHOFF, 1996).

3

2.2 Macroalgas antárticas

As macroalgas são organismos multicelulares clorofilados que apresentam ampla distribuição

nas regiões litorâneas de todo o planeta (SILVA et al., 2008; GAMAL, 2010). De hábito

predominantemente aquático, podem apresentar-se como formas móveis ou sésseis, em

condição de vida livre ou em forma de colônias, com espécies epífitas ou parasitas. A grande

maioria das algas vive fixa a um substrato sólido, tais como rochas ou corais mortos, embora

algumas espécies apresentem adaptações para crescerem sobre o substrato não consolidado

como fundos areno-lodosos (SILVA et al., 2008). Elas representam uma parte altamente

produtiva do ecossistema marinho; além disso, incorporam energia solar, produzem o

oxigênio que é dissolvido na água e utilizado por outros organismos aquáticos, atuam no ciclo

dos elementos químicos, constituem fonte alimentar para animais onívoros e herbívoros,

fornecem habitat, refúgio e ambiente para reprodução de diversos organismos da biota

marinha, desempenhando funções ecológicas essenciais (ZUCCARO et al., 2008).

A diversidade e abundância das algas dependem de muitos fatores ambientais, tais

como temperaturas da água, penetração da luz e declinação sazonal solar (DHARGALKAR &

VERLECAR, 2009). Normalmente as algas são expostas a uma variedade de mudanças

simultâneas dos fatores abióticos, e estes são fundamentais para compreender o sucesso da

colonização destes organismos no ambiente antártico (GOMEZ et al., 2009).

As estações do ano em regiões polares são caracterizadas por curtos períodos de luz e

longos períodos de noite. A radiação solar anual é 30-50% menor do que em regiões de clima

temperado e a noite polar tem a duração de cerca de quatro meses em latitudes mais baixas.

As condições encontradas nesse ambiente são consideradas hostis para a maioria dos

organismos vivos. Apesar de apresentar baixa riqueza de espécies em comparação com as

regiões temperadas e tropicais (WIENCKE & CLAYTON, 2002), as macroalgas presentes na

Antártica são caracterizadas por uma extrema abundância dominadas principalmente por algas

pardas (GOMEZ et al., 2009; ZACHER et al., 2009) o que contrasta com a ausência de uma

flora terrestre diversificada no continente (ZIELINSKI, 1990). O forte isolamento da flora

ficológica do Oceano Antártico resultou em um alto grau de endemismo na Antártica e cerca

de 30% das espécies da região são endêmicas.

Devido às dificuldades de acesso e coleta, poucas informações taxonômicas estão

disponíveis e não há uma estimativa precisa da diversidade de macroalgas na Antártica

(CLAYTON, 1994). As espécies encontradas com maior frequência pertencem aos gêneros:

4

Acrosiphonia, Adenocystis, Ascoseira, Ballia, Cystosphaera, Curdiea, Desmarestia,

Enteromorpha, Georgiella, Gigartina, Gymnogongrus, Hildenbrandia, Himantothallus,

Iridaea, Leptophytum, Monostroma, Neuroglossum, Palmaria, Pantoneura, Phaeurus,

Phyllophora, Picconiella, Plocamium, Porphyra, Prasiola, Trematocarpus e Urospora

(WULLF et al., 2009).

2.2.1 Monostroma hariotti Gain

O gênero Monostroma Thuret (Chlorophyta) possui ampla distribuição mundial, com

biomassa concentrada em zonas subtropicais, temperadas e polares e inclui 28 espécies de

difícil identificação visual e de difícil taxonomia (PELLIZZARI et al., 2009). A maioria das

espécies deste gênero possui ampla utilização na indústria alimentícia, cosmética e

farmacêutica. Monostroma hariotii Gain é uma espécie com ocorrências para Argentina, Ilhas

Falkland e Ilhas Antárticas (OLIVEIRA et al., 2009). Monostroma hariotii (Figura 1) é uma

das algas mais conspícuas durante o verão da Baía do Almirantado, Ilha Rei George

(Península Antártica) e, como as demais macroalgas, faz parte do hábito alimentar ou serve de

substrato para muitas espécies de invertebrados bênticos (PELLIZZARI et al., 2009).

Figura 1 Monostroma hariotti Gain em substratos rochosos antárticos.

2.2.2 Porphyra endiviifolia (A. Gepp & E.S Gepp) Y.M. Chamberlain

Porphyra C. Agardh é uma macroalga marinha (Rhodophyta) representada por mais de 130

espécies distribuídas em todo o mundo. A maioria das espécies se estabelece em ambientes de

baixas temperaturas e condições climáticas severas, onde as outras macroalgas não

sobrevivem. Espécies de Porphyra crescem nas regiões entre-marés e é tolerante à

5

dessecação. O gênero inclui espécies de grande importância econômica e que são consumidas

como alimento humano em vários países. Assim, tolerância à dessecação juntamente com seu

alto valor econômico fazem deste gênero um alvo atraente para estudos (BRODIE et al.,

2008) (Figura 2).

Figura 2 Porphyra endiviifolia (A. Gepp & E.S Gepp) Y.M. Chamberlain em substratos

rochosos antárticos.

2.3 Diversidade de fungos na Antártica

Nos últimos anos, os ecossistemas antárticos têm sido investigados quanto à presença de

micro-organismos, como bactérias, arquéias, microalgas e, raramente, fungos (RUISI et al.,

2007). Os micro-organismos que se desenvolvem no ambiente extremo da Antártica são

considerados psicrófilos ou psicrotolerantes. Os psicrófilos são definidos como organismos

que possuem temperatura ótima de crescimento a ≥15°C e a temperatura máxima de

crescimento de 20°C (MORITA, 1975). Os psicrotolerantes são capazes de crescer a ≥5°C,

mesmo a temperatura ótima de crescimento sendo a 15°C ou mais. Apesar da maior parte dos

fungos antárticos ser considerada psicrófila (BRUNATI et al., 2009), acredita-se que ambos

desempenham um papel chave na biodegradação de matéria orgânica e ciclagem de nutrientes

neste ambiente (SHIVAJI & PRASAD, 2009), os quais são, frequentemente, estudados pelo

seu papel ecológico e potencial biotecnológico (KOGEJ et al., 2006; DE GARCÍA et al.,

2007).

A diversidade de fungos em ambientes antárticos é relativamente baixa quando

comparadas com águas de regiões tropicais e temperadas. Entretanto, uma variedade de

espécies de fungos é encontrada nos ambientes antárticos e novas espécies vêm sendo

descritas (VISHNIAC et al., 2006). De acordo com Onofri e colaboradores (2005), existe o

6

registro de 1.604 fungos na península Antártica, pertencentes a 135 gêneros e 232 espécies.

De acordo com Ruisi e cols (2007), a maioria dos fungos registrados nessa área são

anamórficos, têm ciclos de vida curtos, os quais limitam os custos metabólicos associados

com a reprodução sexual.

Estudos sobre fungos conduzidos na Antártica incluem principalmente espécies que

vivem no solo ou em madeiras históricas introduzidas na Antártica (ARENZ et al., 2006;

RUISI et al., 2007). Algumas espécies de fungos foram obtidas a partir de musgos

(BRADNER et al., 2000; TOSI et al., 2002) e associadas com as raízes das espécies de

plantas vasculares Deschampsia antarctica Desv.(Poaceae) e Colobanthus quitensis (Kunth)

Bartl. (Caryophyllaceae), únicas espécies de angiospermas existentes no continente.

A biota antártica, mais do que em outros continentes, é dominada e colonizada por

micro-organismos com diferentes níveis de adaptação. A habilidade dos micro-organismos

crescer e sobreviver nesses ambientes extremos da Antártica é resultado de uma série de

adaptações fisiológicas e moleculares, que refletem nas características estruturais e

bioquímicas desses organismos (FENICE et al., 1997; COWAN & TOW, 2004). Novas

espécies de fungos vêm sendo descritas a partir de amostras coletadas na Antártica, as quais

são consideradas endêmicas para este ecossistema. No entanto, há poucas informações ainda

sobre o papel ecológico desses fungos nesse ecossistema. De acordo com Rosa e cols (2010),

as condições climáticas extremas e o isolamento geográfico do continente antártico fazem

desse habitat um alvo de estudo bastante promissor, pois além de informações ecológicas e

taxonômicas, os fungos podem constituir uma fonte potencial de produtos biotecnológicos.

2.3.1 Fungos algícolas

Segundo Kohlmeyer & Kohlmeyer (1979), os fungos marinhos são divididos em dois grandes

grupos. O primeiro, definido como obrigatório, é representado por fungos que crescem e

esporulam exclusivamente em habitats marinhos ou estuarinos; o segundo, chamado de

facultativo, é representado por fungos que provenientes de águas continentais e ambientes

terrestres, os quais crescem e, possivelmente, esporulam em ambiente marinhos. A

diferenciação entre as micotas marinhas obrigatórias e facultativas é difícil uma vez que o

isolamento de fungos a partir de substratos marinhos não implica na comprovação que estes

micro-organismos sejam ativos no ambiente marinho. É possível isolar fungos terrestres

contaminantes, já que muitas espécies são halotolerantes, ou ainda, o fungo isolado pode estar

7

em uma forma dormente e que nas condições de cultivo em laboratório tornam-se viáveis

(JENSEN & FENICAL, 2002).

A ecologia dos fungos marinhos ainda é pouco conhecida quando comparada ao papel

ecológico dos fungos terrestres. No entanto, sabe-se que estes fungos são importantes na

ciclagem de nutrientes, principalmente, na decomposição de substratos lenhosos, herbáceos e

até mesmo de animais mortos nos oceanos (HYDE et al., 1998). Além disso, alguns são

capazes de estabelecer relações ecológicas com outros grupos, e outros são responsáveis por

doenças em animais marinhos e plantas (HYDE et al., 1998; BUGNI & IRELAND, 2004).

Fungos marinhos podem crescer em uma ampla variedade de substratos, como

madeira, sedimentos, areia, manguezais, corais, conchas de moluscos, invertebrados

marinhos, na superfície e na superfície e interior das algas (HYDE et al., 1998). Fungos

associados à macroalgas constituem um grupo diverso que inclui espécies simbiontes,

sapróbias, parasitas e patogênicas (KOLHMEYER & VOLKMANN-KOHLMEYER, 2003;

RAGHUKUMAR, 2006; SURYANARAYANAN, 2012). A parte externa das algas oferece

uma área protegida em um ambiente continuamente exposto a fatores de estresse como a

baixa concentração de nutrientes, dessecamento, salinidade e radiação UV. Macroalgas

saudáveis liberam parte do carbono fixado durante a fotossíntese na forma de uma secreção

chamada mucilagem, um substrato rico em carboidratos, lipídeos e peptídeos, o qual age

como um fator atrativo para os micro-organismos colonizadores (ZUCCARO & MITCHELL,

2005), como por exemplo, fungos. É neste ambiente que as interações entre fungos e

macroalgas têm início, a partir da ligação dos esporos e da invasão das hifas, levando à

colonização da alga. A invasão ocorre principalmente pela formação de hifas especializadas

com extremidade bifurcada que são capazes de penetrar na alga por meio da degradação

enzimática da parede celular ou exercendo pressão no ponto de contato. Outro ponto de

entrada de hifas inclui partes danificadas pela ação de animais epifíticos como anelídeos e

poliquetos (ZUCCARO & MITCHELL, 2005).

Várias estimativas do número de fungos marinhos foram propostas até o momento

(JONES, 2011). Jones e Mitchell (1996) estimaram 1.500 espécies, mas este número é

considerado subestimado. Jones (2011) relatou 549 fungos marinhos, sendo a maioria

Ascomycota. Considerando os fungos marinhos facultativos e derivados as estimativas

superam 10.000 táxons (JONES, 2011). Bugni e Ireland (2004) relataram que os fungos

isolados de algas representam a segunda maior fonte de fungos marinhos e inclui espécies dos

gêneros Acremonium, Alternaria, Antarctomyces, Aspergillus, Arthrinium, Aureobasidium,

8

Chadefaudia, Cladosporium, Cryptococcus, Fusarium, Geomyces, Haloguignardia,

Histopidicarpomyces, Leucosporidium, Metschnikowia, Oidiodendron, Penicillium,

Phaeosphaeria, Phoma, Retrostium, Rhodotorula, Spathulospora, Trichoderma e Pontogenia

(ZUCCARO et al., 2003; ZUCCARO & MITCHELL, 2005; LOQUE et al., 2010).

Considerando a diversidade de algas marinhas (número estimado de espécies de 9.500 para

12.500), um número muito maior pode ser esperado (JONES, 2011).

2.3.1.1 Fungos marinhos como fonte de metabólitos bioativos

Uma das propriedades mais importantes dos micro-organismos está associada à sua

capacidade metabólica de produzir uma grande variedade de moléculas bioativas com

potencial biotecnológico (SINGH et al., 2011). A necessidade por medicamentos capazes de

combater novas doenças e o aumento de linhagens resistentes a drogas antimicrobianas

estimulou a procura de novas fontes não convencionais de produtos naturais bioativos. Os

oceanos, que compreendem aproximadamente três quartos da superfície terrestre, representam

uma rica fonte de diversidade biológica e química, o qual acabou se tornando um ambiente

atraente para descoberta de organismos produtores de metabólitos biativos. O ambiente

marinho oferece uma grande variedade de fontes potenciais de fungos, incluindo sedimentos,

areia, troncos, madeira de mangue, água do mar, esponjas e outros invertebrados e macroalgas

(JENSEN & FENICAL, 2002).

Com os interesses voltados para os micro-organismos marinhos, fungos marinhos têm

se mostrado uma fonte rica e promissora de novos produtos naturais bioativos. A maioria

desses micro-organismos cresce em um habitat único e extremo e, portanto, têm a capacidade

de produzir metabólitos secundários incomuns. Acredita-se que estes metabólitos sejam uma

adaptação química pela competição por substrato. A produção desses metabólitos únicos por

fungos marinhos é mais provável devido à adaptação a um conjunto distinto de pressões

ambientais (BADHURY et al., 2006)

A utilização dos recursos marinhos permaneceu adormecida até meados dos anos de

1960, quando pesquisadores dos Estados Unidos, Europa e Japão começaram a coletar, extrair

e explorar a diversidade química da vida marinha (FENICAL, 2006). Desde então, têm sido

realizado esforços em todo o mundo visando o isolamento de novos metabólitos de

organismos marinhos (KELECOM, 2002).

O primeiro fármaco de origem marinha foi a ziconotida, um potente analgésico

extraído do gastrópode Conus magus (OLIVEIRA et al., 1987). O antibiótico cefalosporina C

9

(Figura 3) foi o primeiro composto obtido a partir do fungo marinho Cephalosporium sp.,

obtido de água marinha (BURTON & ABRAHAM, 1951, KELECOM, 2002).

Figura 3 Estruturas moleculares (A) cefalosporina C e (B) ziconotida.

Segundo Bugni e Ireland (2004), fungos derivados de esponjas detêm 33% do total de

metabólitos marinhos descobertos, seguidos pelos fungos algícolas com 24%. No entanto os

fungos algícolas superam os de poríferos em relação ao número de novos metabólitos

descobertos.

A descoberta de novas doenças, o fenômeno da resistência de micro-organismos frente

aos antimicrobianos, o elevado número de mortes causadas pelo câncer e doenças tropicais

negligenciadas ressalta a importância da realização de estudos de bioprospecção visando à

obtenção de novos produtos naturais para o desenvolvimento de novas drogas. Desta forma,

os fungos algícolas podem representar uma fonte atrativa para a descoberta de novas

substâncias.

11

2.3.1.2 Fungos marinhos como fonte de enzimas

Com o advento da biotecnologia tem havido uma crescente procura por enzimas com

novas propriedades de relevância industrial (ZHANG & KIM, 2011). Apesar das enzimas

ocorrerem em abundância em plantas e animais, as de origem microbiana representam

atualmente a fonte mais atraente devido à ampla diversidade bioquímica e variedade de

atividades catalíticas disponíveis, facilidade de manipulação genética, rendimentos

elevados e fornecimento regular (NIEHAUS et al., 1999; BUZZINI & MARTINI, 2002,

ZHANG & KIM, 2011; KASANA & GULATI, 2011). Enzimas microbianas são também

mais estáveis e a produção é relativamente mais conveniente e segura (KASANA &

GULATI, 2011).

Pesquisas recentes têm destacado o potencial de ambientes extremos e não

convencionais como fonte de isolamento e seleção de micro-organismos úteis para a indústria.

Estes micro-organismos são capazes de usar biopolímeros complexos como fonte de carbono,

pois são capazes de sintetizar enzimas extracelulares ativas em baixas temperaturas. A

complexidade de ambientes extremos, como o marinho e antártico, envolvendo alta

salinidade, alta pressão, baixas temperaturas e alta incidência de radiação UV, podem

contribuir para as diferenças significativas e características fisiológicas únicas entre as

enzimas geradas por micro-organismos marinhos psicrófilos e seus homólogos terrestres

(ZHANG & KIM, 2011).

Nos últimos anos, uma variedade de enzimas como proteases, amilases, pectinases,

quitinases e queratinases oriundas de micro-organismos antárticos foram relatadas, sendo a

maioria dos metabólitos isolados de bactéria (KRISHNAN et al., 2011). Poucos estudos

foram realizados com outros grupos de micro-organismos como, por exemplo, os fungos

(RAY et al., 1992). Além do interesse biotecnológico, o estudo sobre a micota antártica, que é

pouco documentada, trará informações fisiológicas necessárias para explicar o papel

ecológico dos fungos neste habitat.

12

3 OBJETIVOS

3.1 Objetivo Geral

Caracterizar a comunidade de fungos associados à macroalgas Monostroma hariotti e

Porphyra endiviifolia presentes nas ilhas Rei George, Elefante e Deception, e avaliar o

potencial destes fungos em relação à produção de metabólitos com atividades biológicas e

enzimas de interesse industrial.

3.2 Objetivos específicos

Isolar fungos algícolas associados à Monostroma hariotti e Porphyra endiviifolia presentes

em três ilhas antárticas;

Depositar todos os isolados de fungos algícolas obtidos em uma coleção de cultura de

micro-organismos para preservação ex-situ da biodiversidade fúngica da Antártica;

Identificar todos os fungos por meio de metodologias moleculares;

Determinar os índices de diversidade e similaridade da comunidade de fungos associados

às macroalgas antárticas;

Cultivar todos os fungos obtidos, preparar seus extratos brutos e depositá-los em uma

coleção de extratos;

Avaliar a atividade antimicrobiana de todos os extratos em ensaios biológicos utilizando

bactéria e fungos de interesse clínico;

Determinar as atividades enzimáticas esterásica, amilásica , xilanásica , proteásica e

celulásica pelos fungos algícolas obtidos.

13

4 MATERIAL E MÉTODOS

4.1 Coletas das macroalgas

As coletas foram realizadas no Arquipélago Shetland do Sul, nas Ilhas Deception, Elefante e

Rei George. A localização das áreas de coleta foi determinada por coordenadas geográficas

obtidas por meio do Global Positioning System GPS – (Tabela 1). Em ambas as coletas os

dados físico-químicos da água foram determinados (salinidade, temperatura, oxigênio

dissolvido, condutividade). As macroalgas Porphyra endiviifolia (A.Gepp & E.S.Gepp)

Y.M.Chamberlain e Monostroma hariotti Gain foram coletadas em fevereiro e dezembro de

2010, no verão antártico. Para realização das coletas foram aprovadas as devidas licenças

junto ao Ministério do Meio Ambiente e Marinha do Brasil. Foram amostrados cinco

fragmentos de talo de 180 indivíduos de M. hariotti e 210 indivíduos de P. endiviifolia

(Tabela 1). Os talos aparentemente saudáveis de cada indivíduo foram armazenados em sacos

plásticos e processados no Laboratório de Química e Microbiologia da Estação Antártica

Comandante Ferraz (EACF) e Laboratório Úmido do Navio Oceanográfico Polar Comandante

Maximiliano. Uma exsicata representativa de cada macroalga encontra-se depositada no

herbário do Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo.

14

Tabela 1 Localização, número de espécimes, dados físico-químicos da água e coordenadas onde Porphyra endiviifolia e Monostroma hariotti foram

coletadas.

Local de coleta/Macroalga N° de espécimes Sal EC (µS) Temp (°C) pH OD Coordenadas

Elefante

Porphyra endiviifolia 60 33,0 50,6 2,1 7,74 34,6 61°13.879’S; 055°21.613’W

Monostroma hariotii 60 35,2 55,4 2,1 8,24 100 61°07.935'S; 055°25.997'W

Rei George

Porphyra endiviifolia 60 32,8 27,23 0,5 7,74 100 62°05.163'S; 058°24.784'W

Monostroma hariotii 60 32,8 27,23 0,5 7,74 100 62°05.454'S; 058°24.334'W

Deception

Porphyra endiviifolia 90 32,1 49,89 3,7 7,49 79,9 62°55.192'S; 060°39.797'W

Monostroma hariotii 60 32,1 49,89 3,7 7,49 79,9 62°55.192'S; 060°39.797'W

Notas: Sal, salinidade; EC, condutividade; Temp, temperatura; OD, oxigênio dissolvido.

15

4.2 Isolamento e preservação dos fungos

Os talos das macroalgas foram lavados três vezes com água destilada esterilizada. Cinco

fragmentos de cada talo foram retirados com auxílio de pinça e tesoura esterilizadas e

posteriormente transferidos para placas de Petri contendo Agar Marinho (Marine

Broth/Himedia, Agar 2%, Glicose 2%) suplementado com 100 μg/mL de cloranfenicol

(Sigma/EUA) para inibir o crescimento de bactérias contaminantes. As placas foram

incubadas a 15ºC por um período de até 60 dias e os isolados foram purificados em novas

placas de Petri contendo meio Agar Marinho (AM).

Os isolados de fungos filamentosos obtidos foram preservados em duplicata em

glicerol 20% e armazenados a –80ºC. As leveduras obtidas, após 48h de crescimento em

Caldo Marinho (Marine Broth 2216/Himedia, 2% glicose), também foram preservadas em

glicerol 20 % e armazenadas a -80ºC. Todos os isolados foram depositados na Coleção de

Micro-organismos e Células do Instituto de Ciências Biológicas da Universidade Federal de

Minas Gerais.

4.3 Cultivo dos fungos e preparo dos extratos

4.3.1 Fungos filamentosos

Os fungos filamentosos obtidos foram cultivados em placas de Petri contendo AM a 15ºC.

Após 15 dias de crescimento todo o meio de cultura e crescimento micelial de cada fungo

algícola foi macerado e transferido para tubo cônico de 50 mL, sendo então acrescidos de 25

ml de etanol P.A (Vetec). Os tubos foram incubados por 48 horas ao abrigo da luz. Os

sobrenadantes foram filtrados com auxílio de papel de filtro e posteriormente transferidos

para frascos de 30 ml e tubos de 1,5 mL. Todos os extratos obtidos foram secos em estufa a

37ºC e em seguida solubilizados em dimetisulfóxido (DMSO), a uma concentração de 20

mg/mL e 100 mg/mL e mantidos a -20ºC até utilização no ensaios biológicos.

16

4.3.2 Leveduras

As leveduras foram previamente crescidas em placas de Petri contendo AM a 15ºC e

transferidas para tubos contendo 3 mL de Caldo Marinho (CM) acrescido de 2% glicose e

incubados a 15ºC por 48h. Para obtenção dos extratos foram utilizadas microplacas de 24

poços contendo em cada poço 1 ml do meio AM. Em cada poço foram inoculados 100 μL do

CM com o crescimento das leveduras e incubadas a 15ºC por 15 dias. Após o período de

incubação, o meio de cultura com crescimento das leveduras foi macerado com auxílio de um

pistilo esterilizado e adicionado 1,5 mL de etanol PA em cada poço. Todas as microplacas

foram incubadas por 48 horas e o sobrenadante de cada poço foi transferido para tubos de 1,5

mL após serem filtrados com o auxílio de algodão. Os extratos obtidos foram secos em estufa

a 37ºC e em seguida solubilizados em DMSO, a uma concentração de 20 mg/mL e 100

mg/mL e mantidos a -20ºC até utilização nos ensaios biológicos. Todos os extratos obtidos

(fungos filamentosos e leveduras) foram depositados nas Extratotecas do Laboratório de

Química de Produtos Naturais do CPqRR/FIOCRUZ e do Laboratório de Biodiversidade,

Taxonomia e Biotecnologia de Fungos para os estudos de bioprospecção.

4.4 Ensaios antimicrobianos

A determinação da atividade antimicrobiana dos extratos foi avaliada pelo método de

microdiluição em placa de acordo com metodologia descrita no manual da Clinical and

Laboratory Standards Institute- CLSI, 2002 e 2005.

4.4.1 Determinação da atividade antifúngica

As linhagens de Candida krusei ATCC 6258 e Candida albicans ATCC 60193 foram

crescidos em agar Sabouraud (Difco/EUA) a 35oC por 24 horas. Cinco colônias foram

suspensas em solução salina (0,85%) esterilizada. A suspensão resultante foi homogeneizada

em agitador tipo vórtex e a absorbância foi medida em espectrofotômetro em comprimento de

onda de 530 nm ajustada a 70% de transmitância. Posteriormente a suspensão obtida foi

diluída 10 vezes em RPMI 1640 (INLAB Diagnostica) acrescido de 2% de glicose. O fungo

filamentoso Cladosporium sphaerospermum CCT 1740 foi crescido em BDA por 7-10 dias.

Preparou-se uma solução de esporos, a 15% de transmitância em salina (620 nm).

Posteriormente a solução foi diluída 50 vezes em RPMI 1640.

Para a realização dos ensaios antimicrobianos foram utilizadas placas de 96 poços de

fundo chato (TPP/Suíça). Todos os testes foram realizados em duplicata e os 96 poços

17

divididos como mostrado nas Figuras 4. Utilizou-se o meio de cultura sintético RPMI 1640

tamponado com ácido morfolinepropano sulfônico (MOPS) (Sigma/EUA), suplementado com

2% glicose, para as leveduras. Como controle positivo foi utilizado o antifúngico anfotericina

B (Sigma/EUA) para as leveduras e Benomyl para o fungo filamentoso. Em cada poço usado

para teste foi inoculado 25 µL de cada extrato dissolvido em DMSO e água deionizada

esterilizada, 25 µL de RPMI 1640 e 50 µL de inóculo. Ao final, o volume de cada poço foi de

100 µL, e as concentrações de DMSO de 0,25%; as drogas controle de 2 µg/mL para

anfotericina B e 1,16 µg /mL pra benomyl; e os extratos de 250 µg/mL.

As placas foram incubadas a 35oC para as leveduras por 24 horas e 25

oC para C.

sphaerospermum por 48 horas. Após a incubação das leveduras, em cada poço foi

acrescentado 10 µL de brometo tiazolil azul de tetrazólico (MTT/ AMRESCO – 5 mg/mL), o

conteúdo homogeneizado e as placas novamente incubadas a 35oC por 4 horas. Nas

mitocôndrias das células alvos, o MTT é metabolizado em formazan, revelando a presença de

células metabolicamente ativas. Após o metabolismo do MTT, foram adicionados 100

µL/poço de SDS/isopropanol (5%), que rompe a membrana celular dos micro-organismos

alvos e disponibiliza no meio o formazan. A leitura foi realizada por meio do método

colorimétrico do MTT em um leitor de microplaca VERSAmax (Molecular Devices) pelo

programa SoftmaxR Pro 5 (Molecular Devices), com a absorbância de 570 nm para leveduras.

Já para o fungo filamentoso não se utiliza MTT e a leitura é realizada em um leitor de

microplaca VERSAmax (Molecular Devices) pelo programa SoftmaxR Pro 5 (Molecular

Devices), com a absorbância de 620 nm. A absorbância dos poços testes foi comparada com a

absorbância do poço controle contendo apenas o microrganismo, sendo a porcentagem de

inibição calculada pela seguinte fórmula:

Porcentagem de Inibição:

Densidade óptica poço controle – DO poço tratado X 100

Densidade óptica do poço controle

Foram considerados promissores os extratos com valor de inibição igual ou maior que

60%.

18

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

A BL EX1 EX9 EX17 EX25 EX33 EX41 EX49 EX57 EX65 EX73 DMSO

B BL EX2 EX10 EX18 EX26 EX34 EX42 EX50 EX58 EX66 EX74 DMSO

C BL EX3 EX11 EX19 EX27 EX35 EX43 EX51 EX59 EX67 EX75 DMSO

D BL EX4 EX12 EX20 EX28 EX36 EX44 EX52 EX60 EX68 EX76 DMSO

E CN EX5 EX13 EX21 EX29 EX37 EX45 EX53 EX61 EX69 EX77 CP

F CN EX6 EX14 EX22 EX30 EX38 EX46 EX54 EX62 EX70 EX78 CP

G CN EX7 EX15 EX23 EX31 EX39 EX47 EX55 EX63 EX71 EX79 CP

H CN EX8 EX16 EX24 EX32 EX40 EX48 EX56 EX64 EX72 EX80 CP

BL- Branco (RPMI 1640 + 2% glicose*) DMSO- Controle de DMSO 0,25%

(RPMI 1640/DMSO + Inóculo)

CN- Controle negativo (RPMI 1640 + inóculo) CP- Controle positivo

(RPMI 1640/droga + Inóculo)

EX- Extrato

*para leveduras

Figura 4 Modelo da disposição dos extratos e controles na placa de 96 poços utilizada nos

ensaios antifúngicos.

4.4.2 Determinação da atividade antibacteriana

Os isolados de Escherichia coli ATCC 11775, Staphylococcus aureus ATCC 12600 e

Pseudomonas aeruginosa ATCC 10145 foram crescidos em agar Muller-Hinton (Difco/EUA)

a 35oC por 24 horas. Uma alçada foi suspensa em solução salina 0,85% esterilizada. A

suspensão resultante foi homogeneizada em agitador tipo vórtex e a absorbância foi medida

em espectrofotômetro em comprimento de onda de 625 nm o que equivale a 0,08-0,1 de

transmitância. Posteriormente a suspensão obtida foi diluída 10 vezes em caldo Muller-

Hinton.

Para a realização dos ensaios antibacterianos foram utilizadas placas de 96 poços de

fundo chato (TPP/Suíça). Todos os testes foram realizados em duplicata e os 96 poços

divididos como mostrado na Figura 5. Utilizou-se o caldo Muller-Hinton. Como controle

positivo foi utilizado o antibacteriano cloranfenicol (Sigma/EUA). Em cada poço usado para

teste foi inoculado 25µL de cada extrato dissolvido em DMSO e água deionizada esterilizada,

25 µL de caldo Muller-Hinton e 50 µL de inóculo. Ao final, o volume de cada poço foi de 100

µL, e as concentrações de DMSO de 0,25%; a droga controle a 32 µg /mL e os extratos a 250

µg /mL.

As placas foram incubadas a 35oC por 24 horas. Após a incubação, em cada poço foi

acrescentado 10 µL de brometo tiazolil azul de tetrazólico (MTT/ AMRESCO – 5 mg/mL), o

19

conteúdo homogeneizado e as placas novamente incubadas a 35oC por 4 horas. Após o

metabolismo do MTT, foram adicionados 100 µL/poço de SDS/isopropanol (5%). A leitura

foi realizada por meio do método colorimétrico do MTT em um leitor de microplaca

VERSAmax (Molecular Devices) pelo programa SoftmaxR Pro 5 (Molecular Devices), com a

absorbância de 570 nm. A porcentagem de inibição foi calculada da mesma forma que nos

ensaios antifúngico. Foram considerados promissores os extratos com valor de inibição igual

ou maior que 60.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

A BL EX1 EX9 EX17 EX25 EX33 EX41 EX49 EX57 EX65 EX73 DMSO

B BL EX2 EX10 EX18 EX26 EX34 EX42 EX50 EX58 EX66 EX74 DMSO

C BL EX3 EX11 EX19 EX27 EX35 EX43 EX51 EX59 EX67 EX75 DMSO

D BL EX4 EX12 EX20 EX28 EX36 EX44 EX52 EX60 EX68 EX76 DMSO

E CN EX5 EX13 EX21 EX29 EX37 EX45 EX53 EX61 EX69 EX77 CP

F CN EX6 EX14 EX22 EX30 EX38 EX46 EX54 EX62 EX70 EX78 CP

G CN EX7 EX15 EX23 EX31 EX39 EX47 EX55 EX63 EX71 EX79 CP

H CN EX8 EX16 EX24 EX32 EX40 EX48 EX56 EX64 EX72 EX80 CP

BL- Branco (Mueller-Hinton) DMSO- Controle de DMSO ,25%

(Mueller-Hinton /DMSO +inóculo)

CN- Controle negativo (Mueller-Hinton + inóculo) CP- Controle positivo

(Mueller-Hinton /droga + Inóculo)

EX- Extrato

Figura 5 Modelo da disposição dos extratos e controles na placa de 96 poços utilizada nos

ensaios antibacterianos.

4.5 Ensaios enzimáticos

Todos os fungos algícolas foram avaliados quanto à capacidade de degradar amido,

carboximetilcelulose, xilana, proteína (caseína) e éster de acordo com os procedimentos

descritos por Buzzini e Martini (2002). As leveduras foram crescidas em AM a 15ºC por

aproximadamente 7 dias, a seguir cerca de cinco colônias foram suspensas em água

deionizada esterilizada. Em cada meio sólido foram inoculados 10 µl da solução. Para os

fungos filamentosos um disco de 5 mm do crescimento micelial de cada fungo foi inoculado

nos meios de cultivo. As placas foram incubadas a 15ºC e após 14 dias de cultivo, a presença

da atividade enzimática foi observada por meio da formação de halo ao redor da colônia.

Todos os ensaios foram realizados em triplicata.

Atividade esterásica (EsA). A capacidade de hidrolisar ésteres foi avaliada no

seguinte meio (g/L): peptona, 10; NaCl, 5; CaCl2.H2O, 0,1; Agar, 20; Tween 80, 10; pH 6,8.

20

A presença da atividade esterásica foi notada por meio da formação de um halo precipitado

em torno da colônia.

Atividade amilásica (AmA). A capacidade de hidrolisar amido foi avaliada no

seguinte meio (g/L): YNB, 6,7; amido, 2; Agar, 20. Após o crescimento celular, as placas de

Petri foram cobertas com lugol. A formação de uma zona amarela em torno da colônia envolta

por uma coloração azul indica a atividade amilásica.

Atividade xilanásica (XiA). A capacidade de hidrolisar xilana foi avaliada em meio

contendo (g/L): YNB, 6,7; xilana, 10; Agar, 20. A atividade extracelular da enzima foi

avaliada por meio da formação de um halo mais claro em torno da colônia.

Atividade proteásica (PrA). A produção de protease extracelular foi determinada em

meio YEPG contendo caseína 20 g/L, pH 6,5. Uma zona clara em torno da colônia indica a

atividade proteásica.

Atividade celulásica (CeA). A produção de celulase foi detectada em meio contendo

(g/L): YEPG, 6,7; carboximetilcelulose, 5. Após o crescimento celular, a presença de celulase

extracelular foi detectada pelo método do vermelho Congo.

4.6 Identificação dos fungos

Todos os isolados de fungos foram agrupados de acordo com as características

macromorfológicas da colônia (coloração da colônia, borda, relevo, coloração do meio). Para

confirmação do agrupamento macromorfológico, os isolados foram submetidos à análise

molecular, por meio de PCR utilizando o iniciador (GTG)5. Entre os fungos que apresentaram

perfis moleculares distintos, um isolado foi selecionado para identificação molecular. Os

fungos filamentosos foram identificados por meio do sequenciamento da região espaçadora

transcrita interna (ITS1-5.8S- ITS2) do gene do RNA ribossomal e as leveduras, pelo

seqüenciamento dos domínios D1/D2 da subunidade maior do gene do RNA ribossomal.

4.6.1 Extração do DNA total dos fungos filamentosos

A extração do DNA total foi realizada de acordo com Rosa e colaboradores (2009). Os fungos

filamentosos foram crescidos por sete dias em Caldo Sabouraud e o crescimento micelial foi

transferido para tubos de 1,5 mL acrescidos de 400 μL de tampão de lise (Tris-HCL -

trishidroximetilaminometano 0,05 M, EDTA – ácido etilenodiamino tetraacético 0,005 M,

21

NaCL 0,1M e SDS – sódio dodecil sulfato 1%) e deixado a – 20ºC por aproximadamente 10

minutos. O micélio foi triturado com auxílio de esferas de aço (beads) e foram acrescidos 5

μL de Proteinase K (50 μg/mL). Após homogeneização, o tubo foi colocado por 30 minutos a

60ºC em banho seco. Após esta etapa, foram adicionados 162 μL de CTAB de Hoog (Tris

2M, NaCl 8,2%, EDTA 2M e CTAB 0,2%), seguido de homogeneização em vórtex e

incubação por 10 minutos a 65ºC. Em seguida, foram acrescentados 570 μL da mistura

clorofórmio/álcool isoamílico (24:1). Após homogeneização, o tubo foi incubado por 30

minutos em gelo. Em seguida, o conteúdo foi centrifugado a 13.200 rpm por 10 minutos e o

sobrenadante foi transferido para um novo tudo de 1,5 mL, e acrescentado 10% do volume de

uma solução de acetato de sódio 3M. O tubo foi vertido para homogeneização, incubado a 0ºC

por 30 minutos e centrifugado a 13.200 rpm por 10 minutos. O sobrenadante foi transferido

para um novo tubo, onde foi adicionado 50% do volume de isopropanol e centrifugado a

13.200 rpm por 5 minutos. O sobrenadante foi desprezado por inversão. A seguir, foram

adicionados 200 μL de etanol (Merck) 70% e a suspensão foi gentilmente homogeneizada.

Após este procedimento, a amostra foi centrifugada a 13.200 rpm por 5 minutos e o

sobrenadante desprezado por inversão, seguido de nova homogeneização com etanol 70% e

centrifugação. A amostra foi seca em temperatura ambiente, para evaporação do etanol, e 50

μL de Tris-EDTA (Tris-HCL 0,01M e EDTA 0,001M) foram adicionados e a mesma foi

incubada a 65ºC por 60 minutos para hidratação do DNA. As amostras foram armazenadas

em freezer a -20ºC.

4.6.2 Extração do DNA total das leveduras

Para extração do DNA total, os isolados de levedura foram crescidos em AM. Após o

crescimento, as colônias foram ressuspendidas em tubos de 0,6 mL com 100 μL de tampão de

lise (Tris-HCL – trishidroximetilaminometano 0,05 M, EDTA – ácido etilenodiamino

tetraacético 0,005 M , NaCL 0,1M e SDS – sódio dodecil sulfato 1%) e incubadas em banho

seco a 65ºC por 30 minutos. Em seguida foi adicionado 100 μL de

fenol:clorofórmio:isoamílico (25:24:1 – Sigma) aos tubos, homogeneizou-se em vórtex

durante 4 minutos e centrifugou-se a 14.000 rpm durante 15 minutos. O sobrenadante foi

retirado e transferido para novo tudo de 0,6 mL e adicionou-se 100 μL de etanol 70% (Merck)

refrigerado. O conteúdo foi homogeneizado e centrifugado a 14.000 rpm por 15 minutos. O

sobrenadante foi descartado e os tubos de 0,6mL incubados em temperatura ambiente para

22

evaporação do etanol. O DNA total foi ressuspendido em 50 μL de Tris-EDTA (Tris-HCL

0,01M e EDTA 0,001M) e armazenado em freezer a -20ºC.

4.6.3 PCR com iniciador (GTG)5

Para confirmação do agrupamento macromorfológico os isolados foram submetidos à análise

molecular, por meio de PCR utilizando o iniciador (GTG)5. A reação de PCR foi realizada em

um volume final de 25 μL contendo 1 μL de DNA (aproximadamente 100 ng/mL), 2 μL do

iniciador (GTG)5 μmol-1

(MWG Biotech), 2,5 μL de tampão de PCR 5X (Fermentas), 1,5 μL

de MgCl2 25mM, 1 μL de dNTP 10 mM, 0,3 μL de TaqDNA polimerase 5U (Fermentas) e o

volume final completado com água destilada estéril. As reações de PCR foram realizadas

utilizando o termociclador PCR (Eppendorf) sob as seguintes condições: desnaturação inicial

a 94ºC por 2 minutos, seguido por 40 ciclos de 45 segundos de desnaturação a 93ºC, 1 minuto

da anelamento a 50ºC e 1 minuto de extensão a 72ºC, e uma extensão final por 6 minutos a

72ºC. Os produtos de PCR foram analisados por eletroforese em gel de agarose 1,5%, em

tampão TBE 0,5X, eluídos, em tampão de corrida 6X e Gel Red, durante aproximadamente 80

minutos a 80V. Os géis foram visualizados sob luz ultravioleta e fotografados pelo sistema de

foto-documentação de gel (Vilber Lourmat, France).

4.7 Obtenção dos amplicons

Para identificação molecular dos fungos filamentosos foram utilizados os iniciadores ITS1

(5’-TCCGTAGGTGAACCTGCGG-3’) e ITS4 (5’-TCCTCCGCTTGATATGC-3’) para

amplificação das regiões ITS do gene do rRNA, conforme descrito por White e colaboradores

(1990). A Reação em Cadeia da Polimerase (PCR) foi realizada em um volume final de 50 μL

contendo 2 μL de DNA, 1 μL de cada iniciador ITS1 e ITS4 10 μmol-1

(MWG Biotech), 5 μL

de tampão de PCR 5X (Fermentas), 2 μL de MgCl2 25mM, 2 μL de dNTP 10 mM, 0,3 μL de

TaqDNA polimerase 5U (Fermentas) e o volume final completado com água destilada estéril.

As reações de PCR foram realizadas utilizando o termociclador PCR (Eppendorf). O

programa consistiu de uma desnaturação inicial a 94ºC por 5 minutos, seguido por 35 ciclos

de 1 minuto de desnaturação a 94ºC, 1 minuto da anelamento a 55ºC e 1 minuto de extensão a

72ºC, e uma extensão final por 5 minutos a 72ºC. Os produtos de PCR foram analisados por

eletroforese em gel de agarose 1%, em tampão TBE 0,5X, eluídos em tampão de corrida 6X e

Gel Red, durante aproximadamente 20 minutos a 120V. Os géis foram visualizados sob luz

23

ultravioleta e fotografados pelo sistema de foto-documentação de gel (Vilber Lourmat,

France).

Dentre as leveduras que apresentaram perfis moleculares distintos, um isolado foi

selecionado para o seqüenciamento da região D1/D2 da subunidade maior do gene do rRNA

utilizando os iniciadores NL-1 (5’- GCATATCAATAAGCGGAGGAAAAG-3’) e NL-4 (5’-

GGTCCGTGTTTCAAGACGG-3’) segundo Lachance e colaboradores (1999). A reação de

PCR foi realizada em um volume final de 50 μL contendo: 2,0 μL de DNA, 1,0 μL de cada

iniciador NL1 e NL4 10 μmol-1 (MWG Biotech), 5,0 μL de tampão de PCR 5X (Fermentas),

2,0 μL de MgCl2 25 mM, 2,0 μL de dNTP 10mM, 0,2 μL de Taq DNA polimerase 5U

(Fermentas) e o volume final completado com água destilada estéril. As reações de PCR

foram realizadas sob as seguintes condições: desnaturação inicial a 95ºC por 2 min, seguida

por 35 ciclos de: desnaturação a 95ºC por 15 segundos, anelamento a 54ºC por 25 segundos e

extensão a 72ºC por 20 segundos, seguida por extensão final a 72ºC por 10 min. Os produtos

de PCR foram analisados por eletroforese em gel de agarose 1%, em tampão TBE 0,5X,

corados em tampão de corrida 6X e Gel Red, durante aproximadamente 20 minutos a 120V.

Os géis visualizados sob luz ultravioleta e fotografados em um sistema de foto-documentação

de gel (Vilber Lourmat, France).

4.7.1 Purificação dos amplicons

Os amplicons gerados pela reação de PCR foram purificados utilizando-se polietilenoglicol

(PEG). Ao produto de PCR foi adicionado igual volume de solução de polietilenoglicol 20%

em NaCl 2,5M, que foi mantido em banho-maria à 37ºC por 15 minutos. O tubo foi

centrifugado a 13.500 rpm por 15 minutos e o sobrenadante foi retirado e descartado. A

seguir, foram adicionados 125 μL de etanol 70% resfriado a 4ºC. O tubo foi centrifugado a

13.500 r.p.m. por 5 minutos e o etanol foi retirado. O tubo foi deixado à temperatura ambiente

para evaporação de todo o excesso de etanol. Foram adicionados 10 μL de água deionizada

estéril e o conteúdo do tubo foi homogenizado em vórtex por 15 segundos. Em seguida, o

tubo foi incubado em banho- maria a 37ºC por 60 minutos. O produto obtido foi dosado em

NanoDrop ND 1000 (NanoDrop Technologies) para ser utilizado na reação de

sequenciamento.

24

4.7.2 Reação de sequenciamento

O sequenciamento foi realizado utilizando o Kit DYEnamicTM (Amersham Biosciences,

USA) em combinação com o sistema de sequenciamento automatizado MegaBACETM

1000,

no Laboratório de Biodiversidade e Evolução Molecular (LBEM- UFMG). Para a reação de

sequenciamento formam utilizados 100-150 ng do DNA purificado, os reagentes presentes no

kit e iniciadores. A reação de PCR foi realizada em um volume final de 10 μL contendo 4 μL

do pré-mix (presente no kit de sequenciamento) e 1 μL do iniciador (5 μmol-1), completando-

se o volume final com água deionizada estéril. O programa consistiu de 36 ciclos de uma

desnaturação inicial a 95ºC por 25 minutos, seguido por 15 segundos de anelamento a 50ºC e

3 minutos de extensão a 60ºC. em seguida, os produtos da reação foram transferidos para uma

placa de sequenciamento de 96 poços para serem precipitados.

4.7.3 Precipitação da reação de sequenciamento

Para precipitação das reações de sequenciamento, 1 μL de acetato de amônio 7,5 M foi

adicionado em cada poço da placa de 96 poços. A solução de acetato de amônio foi

dispensada na parede lateral dos poços e a placa levemente batida sobre a bancada para que as

gotas do acetato de amônio se misturassem à reação. Em seguida, foram adicionados 28 μL de

etanol absoluto (Merck/EUA). A placa foi submetida à agitação em vórtex e incubada por 20

minutos à temperatura ambiente, protegida da luz. Após período de incubação, a placa foi

centrifugada por 45 minutos a 4000 rpm. O sobrenadante foi descartado virando-se a palca

sobre um papel absorvente. Em seguida, foram adicionados 150 μL de etanol 70%

(Merck/EUA). A placa foi novamente centrifugada por 15 minutos a 4000 rpm e o

sobrenadante foi então descartado. Para remoção do excesso de etanol, a placa foi invertida

sobre um papel absorvente, e submetida a um pulso em centrifuga a 900 rpm durante 1

segundo. Em seguida a placa foi mantida em repouso durante 20 minutos, protegida da luz,

para evaporação do etanol. O DNA das amostras precipitado em cada poço da placa foi então

ressuspendido em 10 μL de Loading buffer (presente no kit de sequenciamento). A placa foi

submetida à aitaçao em vórtex por 2 minutos, centrifugada por 1 segundo a 900 rpm e

armazenada a 4ºC, protegida da luz, até injeção das amostras no sistema automatizado

MegaBACETM

1000.

25

4.7.4 Análise computacional das sequências

As seqüências de DNA foram analisadas, comparando com as seqüências de cultura tipo

depositadas no GenBank, utilizando o programa BLASTn (Basic Local Alignment Search

Tool- versão 2.215 do BLAST 2.0) disponível no portal NCBI

(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/blast/) desenvolvido pelo Nacional Center For Biotechnology.

Os isolados que apresentaram as sequências analisadas com similaridade ≥98% em relação às

sequências já depositadas no GenBank, foram considerados como pertencentes à mesma

espécie ou gênero; já aqueles que apresentaram sequências com similaridade ≤97%, foram

considerados como pertencentes ao mesmo gênero (ROSA et al., 2010).

4.7.5 Diversidade da comunidade fúngica: abundância, riqueza e equitabilidade

A porcentagem de abundância de cada táxon foi calculada e utilizada para determinar a

prevalência de cada táxon. Para avaliar a diversidade de espécies fúngicas foram utilizados os

índices de riqueza e equitabilidade de: (i) Shannon H = -Σ ni/n ln (ni/n) e (ii) Simpson’s = Σ

(ni/n)2, respectivamente, onde ni é o número de indivíduos do táxon i e n é o número total de

indivíduos. Para avaliar a similaridade entre as comunidades fúngicas de cada lago utilizou-se

o índice de Bray-Curtis (B) e o coeficiente de Sorensen (QS). O índice de Bray-Curtis (B)

varia de 0 a 1, sendo que 0 significa que as comunidades não compartilham nenhuma espécie

e 1 que compartilham todas as espécies na mesma frequência. O coeficiente de Sorensen (QS)

é representado pela fórmula: QS = 2C/(A+B), onde A e B representam o número de espécies

nas amostras A e B, respectivamente, e C o número de espécies compartilhadas pelas duas

amostras. Todos os resultados foram obtidos com 95% de confiança, e os valores de bootstrap

foram calculados a partir de 1000 repetições. Todos os índices foram calculados utilizando o

programa computacional PAST 1.90 (RYAN et al., 1995).

26

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1 Coleta e isolamento dos fungos algícolas

Um total de 390 espécimes de macroalgas foi amostrado (180 de Monostroma hariotti e 210

de Porphyra endiviifolia), totalizando 1.950 fragmentos de talos algais (5 fragmentos por

espécime). Todos os fragmentos foram lavados superficialmente com água do mar esterilizada

e transferidos para placas de Petri contendo agar marinho. Ao final do processo de isolamento

foram obtidos 278 isolados fúngicos, 149 fungos filamentosos e 129 leveduras (Figura 6).

Figura 6 Fungos isolados das macroalgas antárticas Monostroma hariotti e Porphyra

endiviifolia.

A ilha Rei George apresentou maior número de isolados (147), seguida das ilhas Elefante

(100) e Deception (31) (Figura7). A macroalga M. hariotti (Chlorophyta) apresentou maior

número de isolados (169 isolados) em comparação com P. endiviifolia (Rhodophyta) (109

isolados) (Tabela 2). De acordo com Suryanarayanan (2012), as macroalgas pardas e

vermelhas abrigam maior diversidade de espécies em relação as macroalgas clorófitas. Os

ciclos de vida curtos de algumas espécies de clorófitas e o crescimento lento das espécies

fúngicas podem ser responsáveis por estas abrigarem uma baixa diversidade de fungos

(ZUCCARO & MITCHEL, 2005). Neste estudo, a M. hariotti abrigou maior diversidade de

fungos, pois a espécie em estudo é naturalmente de crescimento lento (PELLIZZARI, 2009),

o que pode ter favorecido a colonização fúngica.

27

Figura 7 Porcentagem de fungos isolados por área de coleta.

Tabela 2 Número de isolados de fungos algícolas obtidos por macroalgas e áreas de coleta.

Local da coleta(Ilhas)

Espécie de macroalga Deception Elefante Rei George Total

Porphyra endiviifolia 21 70 18 109

Monostroma hariotti 10 30 129 169

Total 31 100 147 278

Apesar do primeiro fungo marinho, Mycosphaerella pelvetiae, ter sido coletado da

alga Pelvetia em 1915 (SUTHERLAND, 1915) e estudos iniciais terem sidos realizados por

Webber (1967), Kohlmeyer (1967) e Schatz (1980), poucos trabalhos foram realizados até o

momento com o objetivo de caracterizar a comunidade de fungos associados às macroalgas.

Diferentes estudos foram realizados com o objetivo de caracterizar a comunidade fúngica nos

ecossistemas da Antártica (DEL FRATE & CARETTA 1990; ADAMS et al., 2006; ARENZ

et al., 2006; CONNELL et al., 2006; KOSTADINOVA et al., 2009, LOQUE et al., 2010,

ROSA et al., 2009, ROSA et al., 2010 VAZ et al., 2011, SANTIAGO et al., 2012). No

entanto, apenas um trabalho foi realizado, até o momento, a partir de macroalgas neste

continente. Loque e cols (2010) estudaram a composição da comunidade fúngica de três

macroalgas antárticas: Adenocystis utricularis (Bory de Saint-Vincent) Skottsberg

Phaeophyta, Desmarestia anceps Montagne Phaeophyta e Palmaria decipiens (Reinsch)

R.W. Ricker Rhodophyta. A partir de 60 espécimes de macroalgas e 180 fragmentos de talos

algais, 27 fungos filamentosos e 48 leveduras foram obtidos em meio Agar batata dextrosado

preparado com água do mar preparada artificialmente no laboratório. Zuccaro e cols (2003)

obtiveram 116 isolados a partir de macroalgas de regiões temperadas. Solis e cols (2010)

coletaram 48 talos das macroalgas Kappaphycus alvarezii e K. striatum nas Filipinas e

28

obtiveram 144 isolados fúngicos. Suryanarayanan e cols (2010) estudaram a micobiota de 25

macroalgas da costa de Tamilnadu, na Índia e obtiveram 75 espécies fúngicas. Considerando

o alto número de espécimes amostradas no presente estudo, o número de isolados obtidos é

menor que o número de isolados obtidos por Loque e cols (2010) e em estudos de regiões

temperadas.

5.2 Cultivo e obtenção dos extratos etanólicos

O processo de produção de extratos brutos de micro-organismos constitui uma etapa

importante para detecção de substâncias bioativas. Diferentes técnicas de cultivo e produção

de extratos microbianos já foram descritas. Entre estas etapas destacam-se o tipo de meio de

cultura e o processo fermentativo utilizado (cultivos em condições de fermentação líquida e

sólida). A utilização de técnicas de fermentação em meio sólido (Solid State Fermentation -

SSF), a qual foi utilizada neste estudo, possui a vantagem da maior facilidade na recuperação

dos metabólitos produzidos e aumento do rendimento (ROSA et. al., 2011). Além disso,

diferentes solventes com diferentes polaridades são utilizados para extração dos metabólitos

secundários bioativos, tais como acetato de etila (ROSA et al., 2003; PHONGPAICHIT et al.,

2006), diclorometano (SETTE et al., 2006; MACÍAS- RUBALCAVA et al., 2010), metanol

(BRUNATI et al., 2009; VAZ et al., 2009), hexano (MUTHUVELAN & RAJA, 2008) e

etanol (GAMBOA et al., 2001).

No presente trabalho, os fungos foram cultivados em meio sólido (Agar Marinho) para

obtenção dos extratos dos fungos algícolas. O etanol foi utilizado como solvente para

obtenção dos extratos dos fungos algícolas devido à sua polaridade e afinidade por moléculas

de baixo peso molecular (metabólitos secundários) e alguns metabólitos de médio peso

molecular, tais como peptídeos. Além disto, o etanol possui baixa toxicidade quando

comparado a outros solventes.

5.3 Identificação dos fungos

Os fungos algícolas identificados pertencem a 10 classes distintas; sendo 70% pertencente ao

filo Ascomycota, 20% Basidiomycota e 10% Zygomycota. O filo Ascomycota foi representado

neste estudo por sete classes distintas, sendo estas: Ascomycetes, Dothideomycetes,

Eurotiomycetes, Hyphomycetes, Letiomycetes, Saccharomycetes e Sordariomycetes. O filo

Zygomycota foi representado pela classe Zygomycetes e o filo Basidiomycota pelas classes

29

Microbotrymycetes e Tremellomycetes. Zuccaro e cols (2008) relataram que a macroalga

Fucus serratus abriga fungos pertencentes às classes Halosphaeriaceae (Ascomycota),

Lulworthiaceae (Ascomycota), Hypocreales (Ascomycota) e Dothideomycetes (Ascomycota).

De acordo com Adams e cols (2006) os fungos isolados com maior frequência na Antártica

são os fungos Ascomycota assim como nas macroalgas (SURYANARAYANAN, 2012). A

recorrência do isolamento de fungos ascomicetos tem como hipótese principal a adaptação

dos esporos ao ambiente aquático, que pode facilitar a sua flutuabilidade na coluna d’água e a

aderência aos substratos, atribuindo aos fungos desse filo uma alta recuperação em técnicas

dependentes de cultura (MENEZES et al., 2010).

Os táxons identificados no presente trabalho estão listados na Tabela 4. Doze gêneros

de fungos filamentosos foram encontrados: Antarctomyces Stchigel & Guarro, Aspergillus P.

Micheli ex Haller, Cadophora Lagerb. & Melin, Cladosporium Link, Dipodascus Lagerheim,

Emericella Berkeley, Geomyces Traaen, Mortierella Coemans, Oidiodendron Robak,

Penicillium Link, Thelebolus Tode e Verticillium Nees. Foram identificados oito gêneros de

leveduras: Candida Berkhout, Cryptococcus Kützing, Cystofilobasidium Oberwinkler &

Bandoni, Guehomyces Fell & Scorzetti, Metschnikowia Kamienski, Meyerozyma Kurtzman &

M. Suzuki, Leucosporidium Fell, Statzell, I.L. Hunter & Phaff e Rhodotorula F. C. Harrison.

30

Tabela 1 Identificação molecular dos fungos algícolas, por meio da análise das sequências da região ITS e dos domínios D1/D2 do gene do rRNA.

Hospedeiro/Ilha UFMGCBa N°de

isolados

Espécie referência [GenBank accession

number]

Identidade

(%)

Gaps Sugestão de identificação

Elefante

Porphyra endiviifolia 5976 1 Aspergillus sydowii [JN851041] 99 2/261 Aspergillus sp.

5973 1 Antarctomyces psychrotrophicus

[GU004189]

93 21/509 A. psychrotrophicus

5966 24 Cadophora malorum [GU004209] 99 2/250 C. malorum

5946 1 Cladosporium cucumerinum [HM148071] 96 16/495 Cladosporium sp.

5940 1 Emericella nidulans [AY452983] 99 0/382 E. nidulans

5943 15 Geomyces pannorum [DQ189229] 99 0/494 G. pannorum

6025 1 Mortierella sp. [HQ533829] 99 2/562 Mortierella sp.

5937 1 Oidiodendron truncatum [FJ914713] 99 2/458 O. truncatum

5925 17 Penicillium chrysogenum [JN561259] 100 0/439 P. chrysogenum

5992 2 Penicillium commune [JN368450] 91 46/571 Penicillium sp.

31

5938 5 Penicillium commune [JN676122] 99 1/505 P. commune

6286 6 Penicillium steckii [HM469415] 99 5/416 P. steckii

6027 2 Thelebolus microsporus [GU004196] 96 2/319 Thelebolus sp.

Monostroma hariotii

6002 2 Aspergillus versicolor [HM776414] 98 5/500 Aspergillus sp.2

6008 1 Cladosporium sp. [HM999949] 99 0/483 Cladosporium sp.

6000 2 Geomyces pannorum [DQ189229] 99 0/493 G. pannorum

5998 4 Penicillium chrysogenum [JN561259] 99 2/495 P. chrysogenum

6020 1 Penicillium citrinum [EU645682] 99 2/491 Penicillium sp2.

6001 3 Penicillium commune [JN368450] 99 1/527 P. commune

6024 1 Penicillium crustosum [JN021543] 99 1/491 Penicillium sp3.

6023 1 Penicillium islandicum [FJ872071] 97 3/510 Penicillium sp4.

6006 12 Penicillium steckii [HM469415] 100 0/514 P. steckii

Rei George

Porphyra endiviifolia 6031 1 Dipodascus australiensis [HQ115737] 99 3/329 D. australiensis

5954 8 Geomyces pannorum [DQ189229] 99 1/491 G. pannorum

32

GP46L1 5 Metschnikowia australis [MAU76526] 99 0/490 M. australis

6033 2 Penicillium chrysogenum [JN561259] 100 0/512 P. chrysogenum

Monostroma hariotii MH-57.1 1 Candida sake [FR819699] 98 4/209 C. sake

MH-3.3 1 Cryptococcus adeliensis [JN400752] 97 8/401 C. adeliensis

MH-1.2 18 Cryptococcus albidosimilis [GU460168] 100 0/558 C. albidosimilis

MH-11.2 5 Cryptococcus victoriae [JN544032] 99 4/566 C. victoriae

MH-50.2 2 Cystofilobasidium infirmominiatum

[JN181013]

99 0/564 C. infirmominiatum

MH-33.1 22 Guehomyces pullulans [GQ202976] 99 1/578 G. pullulans

MH-34.1 1 Leucosporidium scottii [JN544033] 99 1/342 L. scottii

MH-47.1 35 Metschnikowia australis [MAU76526] 99 3/458 M. australis

MH-23.1 2 Meyerozyma guilliermondii [JF766631] 98 5/249 M. guilliermondii

MH-38.2 7 Rhodotorula laryngis [DQ640477] 99 1/571 R. laryngis

MH-24.3 1 Rhodotorula minuta [FJ515244] 98 2/573 Rhodotorula sp.

MH-1.3 3 Rhodotorula mucilaginosa [JN417631] 99 3/541 R. mucilaginosa

Deception

Porphyra endiviifolia 6030 1 Aspergillus flavus [FJ011545] 99 1/513 Aspergillus sp.3

33

5955 1 Geomyces pannorum [JF311913] 99 4/477 G. pannorum

P172.L1 3 Meyerozyma guilliermondii [JF766631] 100 10/569 M. guilliermondii

5932 1 Penicillium chrysogenum [JN561259] 100 0/439 P. chrysogenum

5958 4 Penicillium commune [JN676122] 99 1/510 P. commune

Monostroma hariotii 5995 1 Geomyces pannorum [DQ189229] 99 3/517 G. pannorum

6311 Verticillium antillanum [AJ292392] 96 7/278 Verticillium sp.

6292 2 Verticillium leptobactrum [AB214657] 98 0/461 V. leptobactrum

aUFMGCB = Coleção de Cultura de Microrganismos e Células da Universidade Federal de Minas Gerais.

34

5.4 Diversidade da comunidade fúngica algícola

A abundância dos táxons fúngicos associados as macroalgas P. endiviifolia e M. hariotii

mostrada na Tabela 4. O cálculo da abundância de cada táxon foi realizado a partir do

total de 232 fungos identificados. Os gêneros encontrados com maior freqüência foram

Cadophora, Cryptococcus, Geomyces, Guehomyces, Metschnikowia e Penicillium. O

gênero Penicillium foi prevalente com 25,4% do total de isolados identificados. A

espécie Penicillium chrysogenum foi a mais isolada deste gênero (40,7%), seguida por

Penicillium steckii (30,5%); ambas as espécies foram encontradas nas duas macroalgas

estudadas, no entanto apenas P. chrysogenum foi encontrado nas algas coletadas nas três

ilhas. O gênero Penicillium é encontrado desde os trópicos até regiões polares e é

considerado cosmopolita (MCRAE et al., 1999). Algumas espécies de Penicillium têm

sido isoladas de diferentes amostras antárticas, como solo, sedimento de lagos, musgos

e aves, além de amostras de água de glaciais e gelo do Ártico (BAUBLIS et al., 1991;

MCRAE et al., 1999; GUNDE-CIMERMAN et al., 2003; BRUNATI et al., 2009). As

espécies do gênero Penicillium são consideradas generalistas, o pode que explicar a

colonização de diferentes macroalgas não relacionadas taxonomicamente (ZUCCARO

et al., 2008, SURYANARAYANAN, 2012). No continente antártico, uma espécie do

gênero (Penicillium sp.) foi obtida também a partir do talo da macroalga Adenocystis

utricularis (LOQUE et al., 2010). Estes resultados mostram que espécies do genero

Penicillium são encontradas comumente colonizando os talos de algas da Antártica.

A espécie mais abundante foi Metschnikowia australis (17,2%). Metschnikowia

australis é uma levedura indígena do continente antártico e já foi encontrada na água do

mar e sedimento marinho da Antártica (FELL et al., 1968, VAZ et al., 2011), associada

aos talos das macroalgas A. utricularis, D. anceps e P. decipiens (LOQUE et al., 2010)

e do estômago do krill antártico Euphausia superba (DONACHIE & ZDANOWSKI,

1998). Esta espécie foi obtida em ambas as macroalgas amostradas no presente estudo,

mas apenas nas amostras da ilha Rei George.

No presente estudo, o gênero Geomyces apresentou 11,6% de abundância.

Geomyces pertence à família Myxotrichaceae (Ascomycota). As espécies deste gênero

são generalistas e de ampla distribuição em ambientes frios e também exibem alta

tolerância a baixas temperaturas, dessecação e alta salinidade. De acordo com Arenz e

cols (2006) as espécies do gênero Geomyces em geral são capazes de colonizar e utilizar

35

diferentes fontes de carbono. Estes fungos foram isolados como os mais abundantes em

amostras de madeira em decomposição da Antártica por Blanchette e cols (2010).

Geomyces pannorum é um dos fungos mais freqüentemente relatados da Antártica

(ARENZ et al.; 2011). Loque e cols (2010) obtiveram 21 isolados de G. pannorum

dentre os 27 fungos filamentosos isolados de três macroalgas antárticas. A espécie

também foi isolada por Zuccaro e cols (2008) a partir da macroalga Fucus serratus

coletada no nordeste da ilha de Helgoland, Alemanha. A presença de G. pannorum em

diferentes macroalgas pode ser explicada pela capacidade de tolerância deste fungo às

condições extremas encontradas na Antártica. Além disso, a associação com algas na

Antártica pode indicar que este fungo tem um papel importante na decomposição e

ciclagem de nutrientes destas espécies de algas (LOQUE et al., 2010). Geomyces

pannorum foi a espécie comum a ambas macroalgas, e, juntamente com P.

chrysogenum foram as únicas espécies isoladas das três ilhas antárticas.

A espécie Cadophora malorum foi isolada apenas da macroalga P. endiviifolia

oriunda da ilha Elefante e representou 10% do total de isolados identificados. Espécies

de Cadophora são amplamente distribuídas no continente Antártico (ARENZ &

BLANCHETTE, 2011) e já foram isoladas a partir de diferentes substratos antárticos

tais como sítios históricos (ARENZ & BLANCHETTE, 2011), em associação com

líquens e musgos (MÖLLER & DREYFUSS, 1996; TOSI et al, 2002), madeira e papel

(ARENZ et al., 2006.) e angiospermas antárticas (SANTIAGO et al., 2012). De acordo

com Blanchette e cols. (2010), algumas espécies de Cadophora parecem ter uma

distribuição circumpolar na Antártica e no Ártico sugerindo uma adaptação ao ambiente

polar.De acordo com Shivaji & Prasad (2009), Cryptococcus é o gênero de levedura

mais abundante no continente antártico e frequente em diferentes locais e substratos. No

presente estudo, o gênero Cryptococcus representou 10,4% das espécies identificadas e

foi o gênero de levedura basidiomicética mais frequente. O gênero foi representado

pelas espécies C. adeliensis, C. albidosimilis e C. victoriae. sendo que todas estas

espécies já foram isoladas de vários substratos da Antártica (LOQUE et al. 2010, VAZ

et al. 2011).

Por outro lado, os táxons Antarctomyces psychotrophicus, Aspergillus sp.,

Aspergillus sp.3, Candida sake, Cladosporium sp., Cladosporium sp.1, C. adeliensis, D.

australiensis, E. nidulans, L. scotti, Mortierella sp., O. truncatum, Penicillium sp.2,

Penicillium sp.3, Penicillium sp.4, Rhodotorula sp., e Verticillium sp. foram menos

abundantes nas algas estudadas no presente trabalho. Apesar de pouco abundantes,

36

todos os gêneros já foram isolados a partir de diferentes substratos antárticos.

Antarctomyces psychrotrophicus é citado como endêmico da Antártica, sendo já isolado

a partir de amostra de solo da Ilha Ross e dos lagos antárticos (GONÇALVES, 2011).

Loque e cols (2010) isolaram pela primeira vez essa espécie a partir de um substrato

vivo, a macroalga A. utricularis, coletada na Baía do Almirantado, Península Antártica.

Aspergillus é um gênero que contém espécies cosmopolitas normalmente isoladas a

partir do solo, detritos de plantas, e como endofítico (ROSA et al., 2010). Na Antártica,

o gênero já foi isolado a partir de solo ornitogênico (WICKLOW, 1968) e da

angiosperma Colobathus quitensis (ROSA et al., 2010). O gênero é frequentemente

encontrado em diferentes macroalgas já que algumas espécies do gênero são

generalistas e capazes de suportar os metabólitos tóxicos produzidos pela alga

(SURYANARAYANAN, 2012). Candida sake ocorre em diferentes ambientes

aquáticos, incluindo lagoas, algas, o solo da costa, lagos e fezes de pinguins de

ambiente antárticos (GOTO et al., 1969, VAZ et al., 2011 ). Cladosporium é

considerado cosmopolita e tem sido isolado a partir de diferentes substratos no

continente Antártico, como madeira em decomposição, sedimento de lagos, solo, em

fezes ou associados a aves, amostras de gelo, água de lagos e associados a musgos e

liquens (ELLIS-EVANS, 1985; DEL FRATE & CARETTA, 1990; VISHNIAC, 1996;

ARENZ & BLANCHETTE, 2009; BRUNATI et al., 2009; BLANCHETTE et al.,

2010). Assim como Aspergillus e Penicillium, Cladosporium é um gênero

frequentemente associado a diferentes macroalgas (SURYANARAYANAN, 2012).

Mortierella é um gênero comumente encontrado na Antártica (ADAMS et al., 2006) e

parece ser um táxon adaptado a ambientes com baixas temperaturas (SOGONOV &,

VELIKANOV, 2004).

37

Tabela 4 Número de isolados e porcentagem de abundância dos fungos isolados.

A diversidade de espécies nos diferentes locais de coleta foi avaliada pelos

índices de diversidade: Shannon (H’) e Simpson (Tabela 5). O índice de Shannon

relaciona dois componentes de diversidade, a riqueza de espécies e a equitabilidade,

atribuindo maior peso ao primeiro componente (SHANNON & WEAVER, 1949). De

forma que, quanto maior for o valor do índice, maior a riqueza de espécies e, quanto

menor o valor do índice, menor a riqueza de espécies. As macroalgas da ilha Elefante

Local de coleta e número de isolados

Deception Elefante Rei George Abundância (%)

Antarctomyces sp. - 1 - 0,4

Aspergillus sp - 1 - 0,4

Aspergillus sp.2 - 2 - 0,8

Aspergillus sp.3 1 - - 0,4

Cadophora malorum - 24 - 10

Candida sake - - 1 0,4

Cladosporium sp. - 1 - 0,4

Cladosporium sp.1 - 1 - 0,4

Cryptococcus adeliensis 1 - - 0,4

Cryptococcus albidosimilis - - 18 7,8

Cystofilobasidium

infirmominiatum

- - 2 0,8

Cryptococcus victoriae - - 5 2,2

Dipodascus australiensis - - 1 0,4

Emericella nidulans - 1 - 0,4

Geomyces pannorum 2 17 8 11,6

Guehomyces pullulans - - 22 9,5

Leucosporidium scotti - - 1 0,4

Metschnikowia australis - - 40 17,2

Meyerozyma guilliermondii 3 - 2 2,2

Mortierella sp. - 1 - 0,4

Oidiodendron truncatum - 1 - 0,4

Penicillium commune 4 8 - 5,2

Penicillium chrysogenum 1 21 2 10,3

Penicillium steckii - 18 - 7,8

Penicillium sp. - 2 - 0,8

Penicillium sp.2 - 1 - 0,4

Penicillium sp.3 - 1 - 0,4

Penicillium sp.4 - 1 - 0,4

Rhodotorula laryngis - - 7 3

Rhodotorula mucilaginosa - - 3 1,3

Rhodotorula sp. - - 1 0,4

Thelebolus sp. - 2 - 0,8

Verticillium leptobactrum 2 - - 0,8

Verticillium sp. 1 - - 0,4

Total 15 (6,5%) 104 (44,8%) 113 (48,7%) 232 (100%)

38

apresentaram os maiores índices, H’= 1,9 para P. endiviifolia e H’ = 1,8 para M.

hariotti. A macroalga Monostroma hariotti presente na ilha Rei George também

apresentou o mesmo índice (H’ = 1,8). Os valores encontrados podem ser explicados,

uma vez que o índice de Shannon atribui maior peso a riqueza de espécies e, pelo fato

desses terem apresentado o maior número de táxons. Da mesma forma M. hariotti

presente em Deception apresentou o menor número de táxons e consequentemente o

menor índice H’ (1).

O índice de Simpson também foi utilizado para calcular a diversidade da

comunidade fúngica das algas amostradas. Esse índice indica a probabilidade de dois

indivíduos retirados ao acaso da comunidade pertencer a espécies diferentes, atribuindo

assim maior peso para a equitabilidade (SIMPSON, 1949). Portanto, quanto mais alto

for o índice, maior a probabilidade de os indivíduos serem da mesma espécie, ou seja,

maior a dominância e menor a diversidade. O maior índice foi encontrado nas ilhas

Elefante e Rei George (0,8), para P. endiviifolia e M. hariotti, respectivamente,

indicando a presença de dominância de alguns táxons e menor diversidade.

Aparentemente, não foi possível inferir sobre a diversidade e composição da

comunidade fúngica através dos dados físico-químicos já que os valores encontrados

foram semelhantes para as três ilhas amostras.

39

Tabela 5 Dados físico-químicos, abundância e diversidade dos fungos associados às macroalgas Porphyra endiviifolia e Monostroma hariotii

coletadas nas ilhas antárticas.

Ilhas/macroalgas

Elefante Rei George Deception

P. endiviifolia1 M. hariotii

2 P. endiviifolia M. hariotii P. endiviifolia M. hariotii

Número de táxons 13 9 4 12 5 3

Número de isolados 77 27 16 98 10 4

Shannon H 1,9 (1,6/2,1)3 1,8 (1,2/1,9) 1,1 (0,7/1,3) 1,8 (1,5/1,9) 1.4 (0,7 /1,6) 1 (0/1)

Simpson’s 0,8 (0,7/0,8) 0,7 (0,6/0,8) 0.6 (0,4/0,7) 0,8 (0,7/0,8) 0,7 (0,5/0,8) 0.6 (0/0,6)

Salinidade 33 35,2 32,8 32,8 32,1 32,1

Condutividade 50,6 55,4 27,23 27,23 32,1 32,1

Temperatura 2,1 2,1 0,5 0,5 3,7 3,7

pH 7,74 8,24 7,74 7,74 7,49 7,49

Oxigênio dissolvido 34,6 100 100 100 79,9 79,9 1Porphyra endiviifolia;

2Monostroma hariotii;

3Os valores em parênteses representam os valores mínimos e máximos, respectivamente, com um

intervalo de confiança de 95% e valor de bootstrap calculado com 1.000 repetições.

40

A similaridade entre as comunidades de fungos dos lagos amostrados foi

estimada utilizando-se o coeficiente de Sorensen (QS) e o índice de Bray-Curtis (B). O

coeficiente de Sorensen é utilizado para dados binários (presença ou ausência); atribui

mais peso sobre as ocorrências comuns do que em desencontros, e utiliza valores entre 0

(nenhuma similaridade) e 1 (similaridade absoluta) (KREBS, 1999). O índice de Bray-

Curtis (B) atribui maior peso a abundância das espécies, de forma que os valores mais

próximos de 0 indicam que as comunidades não compartilham nenhuma espécie e os

valores próximos de 1 indicam que as comunidades compartilham todas as espécies

com a mesma abundância (BRAY & CURTIS, 1957). As algas coletadas nas ilhas

Deception e Elefante apresentaram maior similaridade para os dois índices (Figura 8) e

compartilharam apenas três táxons (Figura 11), sendo estes, G. pannorum, P.

chrysogenum e P. commune. Doze táxons foram exclusivos da ilha Rei George, 15 da

ilha Elefante e três de Deception. As algas das ilhas Rei George e Elefante

compartilharam apenas dois táxons, sendo estes P. chrysogenum e G. pannorum. Estas

espécies foram as únicas comuns às algas coletadas nas três ilhas antárticas. Para a

macroalga P. endiviifolia (Figura 9), utilizando-se o QS (Figura 9A), a maior

similaridade ocorreu entre as ilhas Rei George e Deception, o que não se repetiu para o

B (Figura 9B), onde Rei George e Elefante apresentaram maior similaridade. Essa

diferença ocorre, pois o índice de Sorensen atribui mais peso às ocorrências comuns, já

Bray-Curtis à abundância de espécies.

A comunidade fúngica de M. hariotti apresentou maior similaridade entre as

ilhas Deception e Elefante para ambos os coeficientes (Figura 10), e compartilharam

apenas o fungo filamentoso G. pannorum (Figura 10). A comunidade fúngica associada

à M. hariotti coletada na ilha Rei George não compartilhou nenhuma espécie com as

comunidades das ilhas Elefante e Deception. Algumas espécies foram compartilhadas

entre as macroalgas, no entanto, os valores obtidos dos índices variaram de 0-0,3;

valores muito próximos a um, indicando que as comunidades de fungos das macroalgas

são pouco similares.

Desde o início do século XX tem sido proposto que os micro-organismos

possuem uma distribuição ubíqua. Essa hipótese sugere que os micro-organismos se

dispersam facilmente e, como conseqüência não existe o isolamento geográfico entre

populações (FINLAY & CLARKE, 1999). A dispersão é o movimento de populações

para pontos distantes dos locais de origem. Compreende não só o transporte físico de

uma região para outra, mas também o estabelecimento e a colonização de novas regiões

41

geográficas por populações emigrantes (RAMETTE & TIEDJE, 2007). Desta forma,

como os micro-organismos geralmente não apresentam limitação pela dispersão, a

presença de um determinado micro-organismo em um ambiente estaria relacionada a

fatores locais, tais como pH, temperatura, salinidade, nutrientes, entre outros, sendo

então, o ambiente responsável pela estruturação das comunidades (BEISNER et al.,

2006, MAZARIS et al., 2010). Apesar dos fatores que determinam a diversidade e a

distribuição dos fungos algícolas não serem conhecidos, as condições ambientais

parecem ser responsáveis pela seleção das espécies fúngicas que colonizam as

macroalgas, já que a comunidade fúngica das macroalgas apresentou pouca

similaridade. As espécies fúngicas que colonizam as macroalgas parecem então,

apresentar poucas espécies dominantes, uma baixa especificidade ao hospedeiro sendo

estas capazes de colonizar espécie de macroalgas taxonomicamente não relacionadas.

42

A

B

Figura 8 Dendograma representando a similaridade entre a comunidade fúngica de

Porphyra endiviifolia das três ilhas antárticas. DE, Deception; EL, Elefante; RG, Rei

George.

0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 2.8 3.2 3.6 4

0

0.12

0.24

0.36

0.48

0.6

0.72

0.84

0.96

Similaridade

DE RG EL

0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 2.8 3.2 3.6 4

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Similaridade

RG DE EL

43

A

B

Figura 9 Dendograma representado a similaridade da comunidade fúngica entre as

ilhas antárticas. DE, Deception; EL, Elefante; RG, Rei George.

0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 2.8 3.2 3.6 4

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

Similaridade

DE EL RG

0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 2.8 3.2 3.6 4

0

0.12

0.24

0.36

0.48

0.6

0.72

0.84

0.96

Similaridade

DE EL RG

44

A

B

Figura 10 Dendograma representando a similaridade fúngica entre a comunidade

fúngicas de Monostroma hariotti das três ilhas antárticas. DE, Deception; EL,

Elefante; RG, Rei George.

0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 2.8 3.2 3.6 4

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1 DE EL RG

Similaridade

0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 2.8 3.2 3.6 4

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1 DE EL RG

Similaridade

45

Figura 11 Esquema representando o número de táxons compartilhados.

5.4 Determinação da atividade antimicrobiana

No presente estudo, 218 extratos dos fungos algícolas foram avaliados para atividade

antimicrobiana a uma concentração de 250 μg/mL. Os extratos que apresentaram inibição do

crescimento dos micro-organismos alvos ≥60% foram considerados candidatos para novos

estudos e para o isolamento dos metabólitos ativos. Dentre os extratos avaliados, oito (0,04%)

foram ativos contra pelo menos um dos alvos testados (Tabela 6). Nenhum extrato foi

considerado promissor em relação à inibição das bactérias alvo. Os extratos de Geomyces

pannorum UFMGCB6029, Guehomyes pullulans UFMGMH4.1, Metschnikowia australis

UFMGMH19.2 e UFMGNH24.2, Metschnikowia australis UFMGMH40.1 e UFMGMH50.3

foram ativos contra C. krusei, levedura oportunista resistente aos antifúngicos fluconazol

(PELLETIER et al., 2005) e, alguns isolados, a anfotericina B (KROMERY & BARNES,

2002). Espécies do gênero Geomyces, isoladas de sedimento e água de lagos antárticos,

também apresentaram atividade antifúngica contra C. albicans, Cryptococcus neoformans e

Paracoccidioides brasiliensis (BRUNATI et al., 2009, GONÇALVES, 2011). No presente

46

trabalho, o isolado UFMGCB6031, identificado como Dipodascus australiensis, apresentou

atividade contra C. albicans e o isolado Geomyces pannorum UFMGCB5987 atividade

promissora contra C. sphaerospermum. O maior número de isolados fúngicos considerados

ativos foi obtido de algas coletadas na Ilha Rei George (62%), seguido da Ilha Elefante

(38%). Os fungos obtidos das macroalgas coletadas na ilha Deception não apresentaram

atividade antimicrobiana. A macroalga Monostroma hariotti apresentou maior número de

extratos promissores (75%).

75%

25%

Monostroma hariotti Porphyra endiviifolia

62%

38%

0%

Rei George Elefante Deception

Figura 12 Porcentagem de fungos ativos por macroalga e área de coleta.

47

Trabalhos de triagem utilizando fungos presentes em ambientes tropicais como fonte

de metabólitos bioativos mostram que a porcentagem de atividade pode variar de

aproximadamente 10 a 40% (ROSA et al., 2003; HUANG et al., 2008; VAZ et al., 2009;

VIEIRA et al., 2012; SANTIAGO et al., 2012). No presente estudo, a porcentagem de

extratos ativos produzidos pelos fungos algícolas foi menor quando comparados com os

resultados de Brunati e cols (2009), Gonçalves (2011) e Santiago e cols (2012), este resultado

está abaixo da faixa limite exibida em outros trabalhos de bioprospecção de isolados fúngicos

quanto à atividade antimicrobiana.

Os metabólitos secundários, ou produtos naturais, podem ser definidos como

substâncias de baixo peso molecular, normalmente produzidos em resposta a condições

ambientais específicas, compostos por variadas e sofisticadas estrutura química que,

geralmente, são produzidos somente na fase estacionária do crescimento (ROBINSON et al.,

2001, ROSA et al., 2011). A composição do meio de cultura tem um grande impacto no

crescimento e produção de metabólitos secundários (BODE et al., 2002; NIELSEN et al.,

2004; BÉRDY, 2005;). As condições ótimas para o crescimento e produção de metabólitos

podem variar em níveis intra ou interespecífico. Além de fatores gerais como fonte de

carbono, nitrogênio, temperatura, areação e tempo de cultivo, alguns micro-organismos

requerem estimulação por moléculas sinais provenientes de outros micro-organismos

(LARSEN et al., 2005). O meio de cultivo é fundamental para a produção de metabólitos

secundários. Alterações na composição do meio de cultivo ou a adição de certos inibidores e

precursores ao meio aumentam ou induzem a síntese de metabólitos pelo fungo

(SURYANANYANAN, 2012). Do mesmo modo, o co-cultivo dos fungos marinhos com

outros micro-organismos marinhos ativa os clusters dos genes silenciados do fungo

permitindo que este sintetize novos metabólitos (BRAKHAGE & SCHROECKH, 2011). Oh e

cols (2007) relataram que o fungo marinho Emericella sp. sintetiza emericelamidas quando

co-cultivado com o actinomiceto marinho Salinispora arenicola devido ao aumento da

expressão do gene da emericelamida. Similarmente, Pestalotia sp. sintetiza pestalona, um

potente antibiótico contra Staphylococcus aureus meticilina-resistente, quando cultivado com

uma bactéria marinha (CUETO et al., 2001). Assim, a presença e a produção de metabólitos

secundários podem estar diretamente relacionadas ao habitat e interação direta com seu

hospedeiro, ou as atividades funcionais desses fungos estão relacionados com outras

propriedades biológicas e por essa razão, não se pode excluir a possibilidade de que esses

micro-organismos tenham alguma atividade biológica diferente das investigadas neste estudo.

48

Neste trabalho utilizou-se o Agar marinho como meio de isolamento e cultivo. Este meio é

relativamente seletivo para os micro-organismos marinhos, no entanto, este meio pode não ter

sido favorável à produção de metabólitos antimicrobianos pelos fungos isolados das

macroalgas estudadas. A utilização de outros meios de cultura poderia levar a resultados

diferentes dos encontrados no presente trabalho quanto a a atividade antimicrobiana dos

fungos estudados.

49

Tabela 6 Atividade antimicrobiana dos extratos brutos obtidos dos fungos associados às macroalgas antárticas.

Porcentagem de inibição (%)

Bactérias Leveduras Fungo filamentoso

Táxon UFMGCB1 E. coli S. aureus P. aeruginosa C. albicans C. krusei C. sphaerosperum

Geomyces pannorum 5987 0 0 ± 2 0 ± 5 57,8 ± 50 29,2 ± 23 95,2 ± 116

Geomyces pannorum 6029 0 0 ± 3 0 ± 3 28,9 ± 13 60,6 ± 1 0

Dipodascus australiensis 6031 0 0 0 ± 4 70,7 ± 192 41,5 ± 5 0

Guehomyes pullulans MH4.1 0 0 0 ± 4 41,6 ± 6 63,9 ± 0 29 ± 40

Não identificado MH19.2 0 0 ± 1 0 ± 6 22,1 ± 21 62,7 ± 15 0

Metschnikowia australis MH24.2 0 0 0 ± 1 34,5 ± 1 60,8 ± 4 0

Metschnikowia australis MH40.1 0 0 0 ± 2 35,5 ± 1 61,3 ± 1 0

Metschnikowia australis MH50.3 0 0 ± 1 0 0 62,2 ± 3 41,2 ± 15

Controles Clo2 100 ±4,9 97,7±121 83±6,2 - - -

Anfo B3 - - - 100±53 100±12,5 -

Ben4 - - - - - 94,5±96,5

50

Nota: E. coli, Escherichia coli; S. aureus, Staphylococcus aureus; P. aeruginosa, Pseudomonas aeruginosa; C. albicans, Candida albicans; C. krusei,

Candida krusei; C. sphaerosperum, Cladosporium sphaerospermum. 1UFMGCB, Coleção de Cultura de Micro-organismos e Células da Universidade

Federal de Minas Gerais. 2Clo, droga antibacteriana controle, cloranfenicol.

3Anf B, droga antifúngica usada contra leveduras, anfotericina B.

4Ben,

droga antifúngica usada contra fungos filamentosos, benomil

51

5.5 Atividade enzimática extracelular

Diferentes enzimas tem sido relatadas a partir de micro-organismos antárticos, sendo a

maioria de origem bacteriana (KRISHNAN et al., 2011) e poucas de origem fúngica (RAY et

al. 1992). A atividade extracelular enzimática desempenha um papel importante na

degradação de macromoléculas, já que os produtos da degradação podem ser posteriormente

absorvidos pelas células ou disponibilizados para outros micro-organismos na cadeia

alimentar.

A atividade enzimática extracelular dos fungos associados às macroalgas da Antártica

é mostrada na Tabela 7. Cento e trinta e um isolados (71%) apresentaram pelo menos uma

atividade extracelular enzimática para os substratos testados. A atividade esterásica foi a mais

expressa, sendo positiva para 68% dos isolados, seguida pelas atividades amilásica (43%),

proteásica (38%), celulolítica (13%) e xilanolítica (0,16%). A atividade esterásica é bem

difundida e documentada para os fungos. Fenice e cols (1997) avaliaram a produção de

enzimas extracelulares de fungos antárticos e a atividade esterásica também foi a atividade

predominante. O considerável percentual de atividade amilásica pode estar associado ao fato

de que as macroalgas acumulam amido nos cloroplastos como substância de reserva. Dentre

os cinco isolados testados de Aspergillus, quatro (80%) foram positivos para produção de

protease e 3 (60%) para esterase. Dezesseis isolados de Cadophora malorum foram avaliados

e 50 e 70% apresentaram atividades amilásica e esterásica, respectivamente. Dos 24 isolados

de Geomyces pannorum avaliados, 24 (100%) apresentou atividade esterásica, 13 (54%)

amilásica, 11 (46%) proteásica e 3 (13%) celulásica. Quanto aos isolados do gênero

Penicillium 67% apresentaram atividade amilásica, 51% esterásica e 98% esterásica. A

levedura Guehomyces pullulans produziu todas as enzimas avaliadas. Fungos que produzem

um número grande de diferentes enzimas podem ter versatilidade nutricional, o que aumenta

a capacidade de colonizar diferentes ambientes, aumentando as chances de sobrevivência em

ambientes desfavoráveis (COOKE & WHIPPS, 1980). Antarctomyces sp. e Mortierella sp.

não foram capazes de hidrolisar nenhum dos substratos avaliados. Quarenta e dois por cento

das linhagens de Cryptococcus albidosimilis foram capazes de degradar celulose. Tendo em

vista que a parede celular das macroalgas é composta principalmente por celulose, C.

albidosimilis, levedura isolada da macroalga M. hariotti, pode estar associada ao processo de

decomposição desta macroalga no ambiente antártico. Os fungos filamentosos são os mais

utilizados industrialmente na produção de celulases, principalmente dos gêneros Aspergillus,

52

Trichoderma, Humicola, Penicillium, Fusarium e Phanerochaete (SINGHANIA et al., 2010),

entretanto, poucas leveduras tem sido descritas como produtoras de celulases extracelulares.

O fato de uma proporção significativa de fungos ser capaz de hidrolisar compostos naturais,

tais como lipídios, proteínas, amido e celulose sugere que estas linhagens são

metabolicamente adaptadas a ambientes frios e têm um papel ecológico significativo na

decomposição de matéria orgânica e na ciclagem de nutrientes. Além disso a produção destas

enzimas pelos fungos isolados reforça a hipótese que estes micro-organismos possuem papel

relevante na decomposição do material algal, e portanto, na ciclagem de nutrientes nos

ambientes estudados.

53

Tabela 7 Atividade enzimática extracelular dos fungos algícolas.

N°i: número de isolados; Xil: atividade xilolítica; Cel: atividade celulolítica; Ami: atividade

amilolítica; Pro: atividade proteolítica, Est: atividade esterásica

Táxons

Número de isolados positivos a

15°C

N°i Xil Cel Ami Pro Est

Antarctomyces sp. 1 0 0 0 0 0

Aspergillus 5 0 0 1 4 3

Candida sp. 1 0 0 0 1 0

Cadophora malorum 16 0 0 8 0 12

Cladosporium sp. 1 0 0 0 0 1

Cryptococcus adeliensis 1 0 1 0 0 0

Cryptococcus albidosimilis 12 0 5 1 1 4

Cryptococcus victoriae 4 0 1 0 0 2

Cystofilobasidium informominiatum 2 0 0 1 1 1

Dipodascus australiensis 1 0 0 0 0 0

Geomyces pannorum 24 0 3 13 11 24

Guehomyces pullulans 21 3 9 19 18 20

Metschnikowia australis 34 0 2 2 7 3

Mortierella sp. 1 0 0 0 0 0

Oidiodendron truncatum 1 0 0 0 0 1

Penicillium 51 0 2 34 26 50

Meyerozyma guilliermondii 3 0 0 0 0 1

Rhodotorula laryngis 1 0 0 1 0 1

Rhodotorula mucilaginosa 3 0 0 0 0 1

Rhodotorula sp. 1 0 0 0 0 1

Número total de isolados testados 184

Número de isolados positivos para as atividades

testadas

3 23 80 69 125

54

6 CONCLUSÕES

Considerando o papel ecológico das macroalgas e fungos nos ecossistemas costeiros e

antárticos, conhecer a diversidade, a distribuição e a ecologia dos fungos algícolas é de

grande importância. Além disso, esses micro-organismos podem ser utilizados como fonte

de substâncias bioativas de grande interesse biotecnológico. Assim, a partir do estudo

sobre a diversidade e bioprospecção de fungos associados às macroalgas Monostroma

hariotti e Porphyra endiviifolia, é possível concluir que:

As macroalgas presentes na Antártica constituem um potencial substrato de micro-

organismos, o que reforça a importância de novos estudos sobre a diversidade,

ecologia e biotecnologia de fungos algícolas.

Metschnikowia australis foi a espécie predominante neste estudo, uma levedura

amplamente distribuída nos ecossistemas antárticos e já isolada de talos de outras

macroalgas antárticas.

O gênero predominante de leveduras foi Cryptococcus, o qual é considerado

abundante nos ecossistemas antártico e frequentemente isolado de diferentes

substratos.

Os ensaios enzimáticos revelaram que a atividade esterásica foi prevalente entre os

fungos. Além disso, uma proporção significativa de fungos foi capaz de hidrolisar

diferentes substratos o que sugere que estes fungos são metabolicamente adaptados a

ambientes frios e podem desempenhar um papel ecológico significativo na

decomposição de matéria orgânica e na ciclagem de nutrientes.

Apenas nove extratos etanólicos foram ativos contra os alvos testados, um número

relativamente baixo quando comparado a outros trabalhos semelhantes. As condições

de cultivo e o meio de cultura Agar marinho podem não ter estimulado a produção de

metabólitos bioativos pelos fungos algícolas obtidos. Apesar disso, alguns extratos

motraram-se promissores para estudos futuros de bioprospecção.

55

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