Omics studies of the effect of emerging pollutants in coastal ecosystems: from laboratory to field

Autor: Herruzo-Ruiz, Ana M.
Přispěvatelé: Alhama, José, Michán, Carmen
Jazyk: Spanish; Castilian
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Helvia. Repositorio Institucional de la Universidad de Córdoba
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Popis: La contaminación es uno de los problemas de mayor relevancia a los que se enfrenta la sociedad actual, ya que afecta tanto al bienestar humano como a los ecosistemas en su globalidad. Los ecosistemas costeros son uno de los principales destinos de la liberación de contaminantes, no sólo de los convencionales sino también de los denominados emergentes, de los que existe muy poca información toxicológica y cuyo uso está poco legislado. Estudiar los efectos biológicos de dichos compuestos químicos, y sus interacciones con los organismos vivos de distintos niveles tróficos, es imprescindible para implementar estrategias adecuadas de protección medioambiental. En esta tesis, el uso de microcosmos/sistemas multiespecie ha permitido estudiar el efecto de los contaminantes en condiciones controladas. Se han estudiado contaminantes convencionales (metales pesados) y varios contaminantes emergentes, como: nanopartículas metálicas, microplásticos y distintos tipos de fármacos (antiinflamatorios, antibióticos y antidepresivos). Los estudios de exposición se han combinado con estudios de campo en ecosistemas reales, tanto del Parque Nacional de Doñana (PND) como de zonas próximas del litoral sur-atlántico andaluz. En el nivel trófico inferior, se han estudiado los microrganismos, por ser ubicuos en todos los ecosistemas, y jugar un papel único y esencial en la biosfera, al tiempo que suponen una respuesta rápida y directa a episodios de contaminación. Para el análisis del microbioma de matrices abióticas (suelo, sedimentos) se utilizaron herramientas moleculares de análisis masivo. La secuenciación del ARNr 16S ha permitido evaluar los cambios en la abundancia, estructura y diversidad de las poblaciones bacterianas en respuesta a los contaminantes. El análisis metaproteómico, que requirió del desarrollo y optimización de un protocolo eficiente de extracción de proteínas, ha evidenciado alteraciones metabólicas clave en la respuesta a la contaminación en las proximidades al PND. En el nivel trófico superior, se ha estudiado la coquina Scrobicularia plana como organismo bioindicador de ecosistemas acuáticos. En este organismo, se han realizado estudios de proteómica redox, facilitados por la secuenciación de novo previa de su transcriptoma y la obtención de un proteoma de referencia. También se han optimizado la preparación de muestras para estudios de imagen molecular (MALDI-Imaging). Como resultado, se ha generado el primer mapa peptídico y lipídico completo de este bivalvo, encontrándose cambios en la expresión peptídica y en la distribución de lípidos en órganos específicos de S. plana en respuesta a la contaminación del litoral andaluz. La integración de los estudios de campo con las exposiciones controladas en el laboratorio, podrían permitir relacionar contaminantes con sus efectos biológicos en ecosistemas naturales. Pollution is a major problem faced by today’s society, since it affects both human well-being and ecosystems globally. Coastal ecosystems are one of the main destinations of the released pollutants, not only conventional, but also emerging ones, for which there is very little toxicological information and whose use is poorly regulated. Studying the biological effects of these chemical compounds and their interactions with living organisms at different trophic levels is essential to implement appropriate environmental protection strategies. In this thesis, the use of microcosms/multispecies systems has been implemented to study the effect of pollutants under controlled conditions. Conventional pollutants (heavy metals) and several emerging pollutants, such as: metallic nanoparticles, microplastics and different types of prescribed drugs (anti-inflammatories, antibiotics and antidepressants) have been studied. Furthermore, exposure studies have been combined with field studies in real ecosystems, both in the Doñana National Park (DNP) and surroundings, and in areas of the south Atlantic coast of Andalusia. At the lower trophic level, microorganisms have been studied, as they are ubiquitous in all ecosystems and play unique and essential roles in the biosphere. They also respond rapidly and in a direct way to pollution episodes. Massive molecular tools were used to analyse the microbiome of abiotic matrices (soil, sediments). Sequencing of 16S rRNA has allowed the assessment of changes in the abundance, structure and diversity of bacterial populations in response to pollutants. Metaproteomic analysis, which required the development and optimization of an efficient protein extraction protocol, has revealed key metabolic alterations in response to pollution in the vicinity of the DNP. At a higher trophic level, the clam Scrobicularia plana has been studied as a bioindicator organism in aquatic ecosystems. In this organism, the redox have been evaluated; these studies were facilitated by prior de novo sequencing of its transcriptome and the construction of a reference proteome. Sample preparation for molecular imaging studies (MALDI-Imaging) has also been optimised. As a result, the first complete peptide and lipid map of this bivalve has been generated, identifying changes in peptide expression and lipid distribution in specific organs of S. plana in response to pollution of the Andalusian coastline. The integration of field studies with controlled laboratory exposures could allow us to relate pollutants with their biological effects in natural ecosystems.
Databáze: OpenAIRE
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