Registro:
| Documento: | Tesis Doctoral |
| Título: | Estudios genéticos y ecológicos de la estructura espacial del bacterioplancton asociada a la contaminación de origen fecal en una red hidrológica en AMBA |
| Título alternativo: | Genetic and ecological studies of the spatial structure of bacterioplankton associated with fecal contamination in a hydrological network of the Metropolitan Area of Buenos Aires |
| Autor: | Saraceno, Martín |
| Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
| Lugar de trabajo: | Universidad de Buenos Aires - CONICET. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires (IEGEBA)
|
| Fecha de defensa: | 2023-07-24 |
| Fecha en portada: | 24 de julio del 2023 |
| Grado Obtenido: | Doctorado |
| Título Obtenido: | Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Biológicas |
| Departamento Docente: | Departamento de Ecología, Genética y Evolución |
| Director: | Frankel, Nicolás |
| Director Asistente: | Graziano, Martín |
| Consejero: | Izaguirre, Irina |
| Idioma: | Español |
| Formato: | PDF |
| Handle: |
https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7387_Saraceno |
| PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7387_Saraceno.pdf |
| Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7387_Saraceno |
| Ubicación: | BIO 007387 |
| Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Saraceno, Martín. (2023). Estudios genéticos y ecológicos de la estructura espacial del bacterioplancton asociada a la contaminación de origen fecal en una red hidrológica en AMBA. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7387_Saraceno |
Resumen:
Las ciudades son sistemas socio-ecológico-tecnológicos complejos en los que el grado de avance y calidad del desarrollo urbano ejerce un rol clave en la definición de las condiciones ambientales predominantes. Los arroyos urbanos ofrecen beneficios culturales, económicos, paisajísticos y ambientales. Alojan una importante diversidad biológica y son centrales en los ciclos biogeoquímicos de los nutrientes en el ámbito urbano. Fuentes antropogénicas como la escorrentía superficial y la exfiltración de aguas residuales introducen importantes cargas de bacterias alóctonas en los sistemas hidrológicos superficiales. En estos casos las bacterias de origen fecal y/o patogénicas suelen ser ubicuas en la cuenca, lo que genera riesgos sanitarios y efectos negativos sobre el bacterioplancton nativo. En este trabajo de Tesis intentamos comprender los procesos ecológicos, genéticos y espaciales que condicionan la estructura del bacterioplancton (con énfasis en el estudio de los grupos bacterianos de origen fecal y/o patogénicos) en una red hidrológica predominantemente urbana de la zona sur del Área Metropolitana de Buenos Aires (cuenca de los arroyos San Francisco, Las Piedras y Santo Domingo). En primer lugar, se analizaron las condiciones demográficas e infraestructurales de la cuenca, y las condiciones del hábitat local de los cauces. Se detectó una importante variabilidad en relación con la cobertura de infraestructuras sanitarias. Las características del hábitat local también fueron variables en la extensión de la cuenca. Sin embargo, la estructuración de las condiciones del hábitat reveló un significativo grado de homogeneización a escala local (tramo). Se estudió el bacterioplancton a lo largo de la cuenca mediante secuenciación del gen ARNr 16S. La partición aditiva de la riqueza de taxones bacterianos demostró que su recambio fue mayor al esperado entre las locaciones de la cuenca (β2) y menor al esperado entre muestras provenientes de una misma locación (β1), lo que sugiere una importante estructuración de nichos a escala de la cuenca y una mayor homogeneidad en las condiciones locales. La partición de la varianza de la riqueza y la equitatividad de grupos bacterianos se halló principalmente estructurada por las condiciones del hábitat local. A través de un análisis de redes de co-ocurrencia se observó que los sitios con menor grado de disturbio presentaron una red más cohesiva entre los taxones del bacterioplancton, sugiriendo un mayor grado de resiliencia ecológica, en contraste con los sitios con mayor intensidad de infraestructuras urbanas. Además, se identificaron taxones de origen fecal y potencialmente patogénicos en el bacterioplancton de todas las locaciones. Los determinantes de la riqueza de estos taxones fueron en mayor medida las condiciones del hábitat local y en menor medida los factores urbanos. Además, se observaron correlaciones fuertes, positivas y significativas entre las abundancias y riquezas de taxones fecales y de taxones potencialmente patógenos, y la presencia de E. coli. Esto confirma el rol indicador de riesgo sanitario que cualquiera de estas determinaciones posee sobre las otras. Por otro lado, se analizaron las asociaciones entre las condiciones de la cuenca y la estructura poblacional de E. coli. Se demostró la influencia del ambiente local y las infraestructuras en explicar la abundancia y composición filogenética de E. coli. Los grupos filogenéticos A y B1 se detectaron en forma ubicua y abundante, predominando procesos de exclusión competitiva, mientras que otros taxones de baja frecuencia y distribución se asociaron a sitios más disturbados. Además, se identificó una correlación negativa entre la abundancia de E. coli y su riqueza filogenética y una correlación positiva entre esta riqueza y la equitatividad entre los grupos. Teniendo en cuenta la evidencia previa sobre la capacidad de E. coli de persistir en ambientes secundarios, se evaluó esta característica en el laboratorio. Se hicieron ensayos de supervivencia y de formación de biofilm con aislamientos de la cuenca de distintos filogrupos. Los grupos A y B1 fueron los únicos que presentaron tasas de crecimiento positivas. El índice de formación de biofilm fue significativamente mayor en los aislamientos del filogrupo B1. Los resultados demuestran que ciertos grupos de E. coli poseen una aptitud diferencial para persistir en ambientes secundarios, sugiriendo un mecanismo por el cual se genera el proceso de exclusión competitiva. Por último, uno de los aislamientos de la cuenca se identificó como perteneciente al clado críptico IV del género Escherichia, mayormente asociado a condiciones de vida libre. Este aislamiento es el primero de su filiación en ser detectado en un ambiente natural de Sudamérica. Se secuenció el genoma completo del aislamiento y se analizó su posición filogenética dentro del género Escherichia. El genoma del aislamiento presentó una baja cantidad de factores de virulencia y de resistencia antibiótica, rasgo que se asocia al estilo de vida libre y que ya se había observado en otros genomas del clado críptico IV. Además, analizando genomas disponibles de origen comensal y ambiental pertenecientes al clado críptico IV, se identificaron genes potencialmente asociados al fenómeno de persistencia ambiental dentro del género Escherichia. En su totalidad, este trabajo contribuye al entendimiento del fenómeno de persistencia bacteriana dentro del género Escherichia y aporta nuevas hipótesis que pueden servir de base para indagaciones futuras.
Abstract:
Cities are complex socio-ecological-technological systems where the degree and quality of urban development plays a crucial role in shaping the prevailing environmental conditions. Urban streams provide cultural, economic and environmental benefits. Streams harbor significant biological diversity and play a central role in nutrient biogeochemical cycles in the urban environment. Anthropogenic sources such as surface runoff and wastewater exfiltration introduce significant loads of allochthonous bacteria into surface hydrological systems. In these cases, bacteria of fecal-origin and/or pathogenic bacteria are often ubiquitous in the watershed, posing sanitary risks and generating negative effects on native bacterioplankton. In this thesis, we aimed at understanding the ecological, genetic and spatial processes that influence the structure of bacterioplankton (with an emphasis on the study of bacteria of fecal-origin and/or pathogenic bacteria) in a predominantly urban hydrological network in the southern region of the Buenos Aires Metropolitan Area (San Francisco, Las Piedras and Santo Domingo streams watershed). We analyzed the demographic and infrastructural conditions of the watershed, as well as the local habitat conditions of the streams. We observed heterogenous sanitation infrastructure throughout the watershed. In addition, the characteristics of the local habitat also exhibited variation across the watershed. However, the structuring of habitat conditions revealed a notable degree of homogenization on the local scale (reach). Bacterioplankton was studied with the 16S rRNA gene. The additive partitioning of taxon richness demonstrated that taxon turnover was higher than expected between locations in the watershed (β2), while lower than expected within samples from the same location (β1). This suggests niche structuring at the watershed scale and greater homogeneity in local conditions. The variance partitioning of taxon richness and evenness was primarily structured by local habitat conditions. Through a co-occurrence network analysis, we observed that sites with lower disturbance exhibited a more cohesive network among bacterioplankton taxa, suggesting a higher degree of ecological resilience compared to sites with higher intensity of urban infrastructure. Furthermore, taxa of fecal origin and potentially pathogenic taxa were identified in the bacterioplankton across all locations. The determinants of richness for these taxa were primarily associated with local habitat conditions and, to a lesser extent, urban factors. Strong, positive, and significant correlations were also observed between the abundances and richness of fecal taxa, potentially pathogenic taxa, and the presence of E. coli. This confirms the role as indicators of sanitary risk that each of these determinations has on the others. On the other hand, we analyzed possible associations between watershed conditions and E. coli population structure. We detected an influence of the local environment and infrastructure in explaining the abundance and phylogenetic composition of E. coli. Phylogenetic groups A and B1 were ubiquitous and abundant, predominating competitive exclusion processes, while other taxa with low-frequency and limited distribution were associated with more disturbed sites. Furthermore, a negative correlation was identified between E. coli abundance and its phylogenetic richness, and a positive correlation was observed between richness and evenness among phylogenetic groups. Considering available evidence on the ability of E. coli to persist in secondary environments, we decided to evaluate this characteristic in the laboratory. Survival and biofilm formation assays were conducted using isolates from different phylogroups of the watershed. Groups A and B1 were the only ones that exhibited positive growth rates. The biofilm formation index was significantly higher in isolates from phylogroup B1. These results demonstrate that certain groups of E. coli have a differential aptitude for persistence in secondary environments, suggesting a mechanism by which the process of competitive exclusion is generated. Lastly, one of the isolates from the watershed was identified as belonging to cryptic clade IV of the genus Escherichia, which is mostly associated with a free-living lifestyle. This isolate is the first of its kind to be detected in a natural environment in South America. The complete genome of the isolate was sequenced, and its phylogenetic position within the genus Escherichia was obtained. The genome of the isolate exhibited a low number of virulence factors and antibiotic resistance genes, a trait associated with a free-living lifestyle, which had been observed in other genomes of cryptic clade IV. Additionally, by analyzing available cryptic clade IV genomes from commensal and environmental sources, we identified genes potentially associated with the phenomenon of environmental persistence within the genus Escherichia. Overall, this study contributes to understanding the bacterial persistence phenomenon within the genus Escherichia and provides new hypotheses that can serve as the basis for future investigations.
Citación:
---------- APA ----------
Saraceno, Martín. (2023). Estudios genéticos y ecológicos de la estructura espacial del bacterioplancton asociada a la contaminación de origen fecal en una red hidrológica en AMBA. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7387_Saraceno
---------- CHICAGO ----------
Saraceno, Martín. "Estudios genéticos y ecológicos de la estructura espacial del bacterioplancton asociada a la contaminación de origen fecal en una red hidrológica en AMBA". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2023.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7387_Saraceno
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