Diversidad y potencial biotecnológico de hongos antárticos mediante un enfoque integrado, dependiente e independiente de cultivo

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dc.contributor.authorGuevara Robayo, Marahia Isabel
dc.date.accessioned2025-12-29T14:01:04Z
dc.date.available2025-12-29T14:01:04Z
dc.date.issued2025-12-29
dc.descriptionTesis de maestría presentada en el Programa de Posgrado en Biociencias, del Instituto Latinoamericano de Ciencias de la Vida y Naturales, de la Universidad Federal de la Integración Latinoamericana, como requisito parcial para la obtención del título de Maestro en Ciencias.
dc.description.abstractA Antártica constitui um dos ambientes mais extremos do planeta, onde as baixas temperaturas, a escassez de nutrientes e a alta radiação UV limitam a vida. No entanto, esses fatores promoveram adaptações microbianas excepcionais, tornando os fungos antárticos uma fonte valiosa de enzimas adaptadas ao frio, com aplicações potenciais na biotecnologia ambiental e industrial. Neste estudo, avaliou-se o potencial biotecnológico de fungos antárticos isolados de solos provenientes de dois ambientes contrastantes: Whalers Bay (Ilha Deception), caracterizada por seu histórico antrópico, atividade vulcânica e geotermal, e presença de um biofilme rico em óxidos de ferro; e Punta Hennequin (Ilha Rei George), uma área natural coberta por musgos e com menor influência humana. As análises físico-químicas não evidenciaram contaminação por hidrocarbonetos ou metais pesados, mas mostraram diferenças geoquímicas marcantes: Whalers Bay apresentou maior teor de ferro e pH mais alcalino, enquanto Punta Hennequin exibiu maior teor de carbono orgânico total e enxofre. Foram isolados 53 fungos, cuja atividade enzimática foi avaliada por meio de ensaios em placa (meio sólido) para detecção de protease, lipase, amilase, lacase e lignina peroxidase, utilizando meios suplementados com leite desnatado, óleo de oliva, amido, guaiacol e o corante Remazol Brilliant Blue R (RBBR), respectivamente. Uma alta proporção de isolados hidrolisou amido (67,2%) e caseína (81,1%), enquanto se observaram atividades de lipase (22,6%), descoloração de RBBR (28,3%) e oxidação de guaiacol (1,8%). Com base nesses resultados, quatro isolados promissores foram selecionados para quantificação em meio líquido: Oudemansiella canarii (PPH5), com maior atividade amilásica (405,88 U/dL); Antarctomyces sp. (PWB6), com maior atividade lipásica (11,76 U/mL); e Cladosporium sp. (RWB8), com as maiores atividades de lacase (0,401 U/L) e lignina peroxidase (0,483 U/L). A análise metagenômica, realizada com Kraken2 e Bracken, revelou tendências gerais de dominância de Ascomycota em ambos os locais. Foram detectados 20 gêneros em Punta Hennequin e 23 em Whalers Bay, incluindo táxons raros em ambientes antárticos, como Thermothielavioides, Pyricularia, Fulvia e Coccidioides. Os índices de diversidade indicaram maior diversidade em Whalers Bay (Shannon = 3,15; Simpson = 0,95; Chao1 = 46,4) do que em Punta Hennequin (Shannon = 2,66; Simpson = 0,90; Chao1 = 31). As análises funcionais sugeriram possíveis tendências adaptativas: em Punta Hennequin, predominaram domínios relacionados à tradução, regulação gênica e eficiência metabólica, enquanto em Whalers Bay destacaram-se funções associadas ao metabolismo redox, aquisição de ferro e formação de biofilmes, indicando adaptação a um ambiente vulcânico, mineralizado e de influência antrópica histórica. De modo geral, os resultados destacam a relevância ecológica e biotecnológica das comunidades fúngicas antárticas como bioindicadores ambientais e fontes promissoras de enzimas psicrófilas com potencial para aplicações industriais e ambientais. Resumen La Antártida constituye uno de los ambientes más extremos del planeta, donde las bajas temperaturas, la escasez de nutrientes y la alta radiación UV limitan la vida. Sin embargo, estos factores han impulsado adaptaciones microbianas excepcionales, convirtiendo a los hongos antárticos en una fuente valiosa de enzimas frías con aplicaciones en la biotecnología ambiental e industrial. En este estudio se evaluó el potencial biotecnológico de hongos antárticos aislados de suelos provenientes de dos ambientes contrastantes: Whalers Bay (WB) (Isla Decepción), caracterizado por su historial antrópico, actividad volcánica y geotermal y presencia de un biofilm rico en óxidos de hierro; y Punta Hennequin (Isla Rey Jorge), un área natural con cobertura vegetal musgosa y menor influencia humana. Los análisis fisicoquímicos no evidenciaron contaminación por hidrocarburos o metales pesados, pero mostraron diferencias geoquímicas marcadas, con mayor contenido de hierro y pH más alcalino en Whalers Bay, y mayor carbono orgánico total y azufre en Punta Hennequin (PH). Se aislaron 53 hongos, cuya actividad enzimática se evaluó mediante ensayos en placa (medio sólido) para detectar proteasa, lipasa, amilasa, lacasa y lignina peroxidasa, utilizando medios suplementados con leche descremada, aceite de oliva, almidón, guayacol y el colorante Remazol Brillante Blue R (RBBR), respectivamente. Una alta proporción de aislados hidrolizó almidón (67,2%) y caseína (81,1%), mientras que se observaron actividades de lipasa (22,6%), decoloración de RBBR (28,3%) y oxidación de guayacol (1,8%). A partir de estos resultados, se seleccionaron cuatro aislados con el mejor desempeño en los ensayos en placa para su cuantificación en medio líquido. Entre ellos destacaron Oudemansiella canarii (PPH5), con mayor actividad amilasa (405,88 U/dL); Antarctomyces sp. (PWB6), con mayor actividad lipasa (11,76 U/mL); y Cladosporium sp. (RWB8), con los mayores valores de lacasa (0,401 U/L) y lignina peroxidasa (0,483 U/L). El análisis metagenómico independiente de cultivo, basado en la asignación taxonómica con Kraken2 y Bracken, mostró tendencias generales hacia el predominio de Ascomycota en ambos sitios. Se observaron patrones diferenciales en la composición fúngica, con 20 géneros detectados en Punta Hennequin y 23 en Whalers Bay, incluyendo géneros raros en ambientes antárticos como Thermothielavioides, Pyricularia, Fulvia y Coccidioides. Los índices de diversidad sugirieron mayor diversidad en WB (Shannon = 3,15; Simpson = 0,95; Chao1 = 46,4) respecto a PH (Shannon = 2,66; Simpson = 0,90; Chao1 = 31). De igual manera, los análisis funcionales indicaron posibles tendencias adaptativas: en PH predominaron dominios vinculados a la traducción, regulación génica y eficiencia metabólica, mientras que en WB se destacaron funciones asociadas al metabolismo redox, adquisición de hierro y formación de biofilms, lo que sugiere adaptaciones a un ambiente volcánico y mineralizado con influencia antrópica histórica. Estos resultados resaltan el valor de las comunidades fúngicas antárticas como bioindicadores ambientales y fuentes prometedoras de enzimas con potencial biotecnológico industrial y ambiental.
dc.identifier.citationROBAYO, Marahia Isabel Guevara. 2025. Diversidad y potencial biotecnológico de hongos antárticos mediante un enfoque integrado, dependiente e independiente de cultivo. Asesores: PASSARINI, Michel Rodrigo Zambrano (asesor). 116 h.. Tesis de Maestría - PPG-BC (Programa de Posgrado en Biociencias), UNILA (Universidad Federal para la Integración Latinoamericana), Foz de Iguazú.
dc.identifier.urihttps://dspace.unila.edu.br/handle/123456789/9543
dc.language.isoes
dc.rightsopenAccess
dc.subjectAntártica
dc.subjectfungos
dc.subjectenzimas
dc.subjectbiotecnologia
dc.subjectaplicações industriais
dc.titleDiversidad y potencial biotecnológico de hongos antárticos mediante un enfoque integrado, dependiente e independiente de cultivo
dc.typeThesis
dcterms.abstractAntarctica constitutes one of the most extreme environments on Earth, where low temperatures, nutrient scarcity, and high UV radiation limit life. However, these factors have driven exceptional microbial adaptations, turning Antarctic fungi into a valuable source of cold-active enzymes with potential applications in environmental and industrial biotechnology.This study evaluated the biotechnological potential of Antarctic fungi isolated from soils of two contrasting environments: Whalers Bay (Deception Island), characterized by its anthropogenic history, volcanic and geothermal activity, and the presence of an iron oxide-rich biofilm; and Punta Hennequin (King George Island), a natural area covered by moss vegetation and with lower human influence. Physicochemical analyses revealed no evidence of hydrocarbon or heavy metal contamination but showed marked geochemical differences: Whalers Bay exhibited higher iron content and a more alkaline pH, whereas Punta Hennequin had higher total organic carbon and sulfur. A total of 53 fungal isolates were obtained, and their enzymatic activity was evaluated using plate assays on solid media to detect protease, lipase, amylase, laccase, and lignin peroxidase, using media supplemented with skim milk, olive oil, starch, guaiacol, and the dye Remazol Brilliant Blue R (RBBR), respectively. A high proportion of isolates hydrolyzed starch (67.2%) and casein (81.1%), while lipase (22.6%), RBBR decolorization (28.3%), and guaiacol oxidation (1.8%) were less frequent. Based on these results, four promising isolates were selected for quantitative evaluation in liquid media: Oudemansiella canarii (PPH5) with the highest amylase activity (405.88 U/dL); Antarctomyces sp. (PWB6) with the highest lipase activity (11.76 U/mL); and Cladosporium sp. (RWB8) with the highest laccase (0.401 U/L) and lignin peroxidase (0.483 U/L) activities. The metagenomic analysis, performed with Kraken2 and Bracken, revealed general trends toward Ascomycota dominance at both sites. Fungal composition differed between sites, with 20 genera detected in Punta Hennequin and 23 in Whalers Bay, including rare Antarctic taxa such as Thermothielavioides, Pyricularia, Fulvia, and Coccidioides. Diversity indices indicated higher diversity in Whalers Bay (Shannon = 3.15; Simpson = 0.95; Chao1 = 46.4) than in Punta Hennequin (Shannon = 2.66; Simpson = 0.90; Chao1 = 31). Functional analyses suggested possible adaptive trends: in Punta Hennequin, domains related to translation, gene regulation, and metabolic efficiency predominated, whereas in Whalers Bay, functions linked to redox metabolism, iron acquisition, and biofilm formation were more evident—indicating adaptation to a mineralized, volcanically influenced environment. Overall, these results highlight the ecological and biotechnological relevance of Antarctic fungal communities as environmental bioindicators and as promising sources of cold-active enzymes with industrial and environmental potential.

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