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Extremófilos em astrobiologia: contribuições para a compreensão da produção de bioassinaturas e estratégias moleculares de sobrevivência

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Santos, Alef dos
Orientador(a): Rodrigues-Filho, Edson lattes, Rosado, Alexandre Soares
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Química - PPGQ
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21307
Resumo: The origin, evolution, and survival of life in extraterrestrial environments are fundamental questions that drive scientists to search for evidence of life beyond Earth. The science dedicated to investigating these questions is astrobiology, a relatively new field that integrates various areas of the natural sciences, such as astronomy, geology, chemistry, and biology. In this context, the search for habitable environments is essential to explore the possibility of extraterrestrial life. Currently, it is known that some celestial bodies in our solar system, such as Mars and the icy moons Enceladus and Europa, exhibit or have exhibited potentially habitable conditions. However, Earth remains the only known planet that harbors life, serving as the primary guide in this search for answers. This thesis investigates the use of extremophilic microorganisms, such as a black yeast and alkaliphilic bacteria, as models to understand the molecular mechanisms of survival and the production of biosignatures when exposed to conditions that simulate the geochemistry of Mars and the oceans of Enceladus. First, the potential of the black yeast strain Rhinocladiella similis as a eukaryotic model in astrobiological studies was explored. Genomic and proteomic analyses revealed that when exposed to synthetic regolith simulating Martian soil and perchlorate salts, the yeast significantly altered its metabolism, producing various proteins and enzymes to cope with oxidative stress, in addition to activating chemical detoxification processes and increasing melanin production. The yeast also produced unique molecules under these conditions, such as osmolytes, oxylipins, and siderophores. Moreover, the study investigated the potential of a volcanic crater in Saudi Arabia as a promising environment for the discovery of polyextremophilic bacteria that could serve as models in astrobiology. Several halophilic bacteria were isolated and characterized by 16S sequencing, and two of them, from the genus Halalkalibacterium halodurans, were subjected to genomic and metabolomic analyses to investigate their survival capabilities under conditions that simulate the oceans of Enceladus. Their chemical signatures were analyzed using a molecular network approach via mass spectrometry, aiming to identify potential biosignature targets. In summary, this study demonstrated that through multi-omic tools such as genomics, proteomics, and metabolomics, it was possible to deepen the understanding of the molecular strategies employed by these extremophilic microorganisms under astrobiologically relevant conditions, showing that these microorganisms are valuable models for understanding potential life beyond Earth.
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The science dedicated to investigating these questions is astrobiology, a relatively new field that integrates various areas of the natural sciences, such as astronomy, geology, chemistry, and biology. In this context, the search for habitable environments is essential to explore the possibility of extraterrestrial life. Currently, it is known that some celestial bodies in our solar system, such as Mars and the icy moons Enceladus and Europa, exhibit or have exhibited potentially habitable conditions. However, Earth remains the only known planet that harbors life, serving as the primary guide in this search for answers. This thesis investigates the use of extremophilic microorganisms, such as a black yeast and alkaliphilic bacteria, as models to understand the molecular mechanisms of survival and the production of biosignatures when exposed to conditions that simulate the geochemistry of Mars and the oceans of Enceladus. First, the potential of the black yeast strain Rhinocladiella similis as a eukaryotic model in astrobiological studies was explored. Genomic and proteomic analyses revealed that when exposed to synthetic regolith simulating Martian soil and perchlorate salts, the yeast significantly altered its metabolism, producing various proteins and enzymes to cope with oxidative stress, in addition to activating chemical detoxification processes and increasing melanin production. The yeast also produced unique molecules under these conditions, such as osmolytes, oxylipins, and siderophores. Moreover, the study investigated the potential of a volcanic crater in Saudi Arabia as a promising environment for the discovery of polyextremophilic bacteria that could serve as models in astrobiology. Several halophilic bacteria were isolated and characterized by 16S sequencing, and two of them, from the genus Halalkalibacterium halodurans, were subjected to genomic and metabolomic analyses to investigate their survival capabilities under conditions that simulate the oceans of Enceladus. Their chemical signatures were analyzed using a molecular network approach via mass spectrometry, aiming to identify potential biosignature targets. In summary, this study demonstrated that through multi-omic tools such as genomics, proteomics, and metabolomics, it was possible to deepen the understanding of the molecular strategies employed by these extremophilic microorganisms under astrobiologically relevant conditions, showing that these microorganisms are valuable models for understanding potential life beyond Earth.A origem, evolução e sobrevivência da vida em ambientes extraterrestres são questões fundamentais que impulsionam os cientistas a buscar evidências de vida além da Terra. A ciência que se dedica a investigar essas questões é a astrobiologia, um campo relativamente novo que integra diversas áreas das ciências naturais, como astronomia, geologia, química e biologia. Nesse contexto, a busca por ambientes habitáveis é essencial para explorar a possibilidade de vida extraterrestre. Atualmente, sabe-se que alguns corpos celestes em nosso sistema solar, como Marte e as luas geladas Encélado e Europa, apresentam ou já apresentaram condições potencialmente habitáveis. No entanto, a Terra continua sendo o único planeta conhecido que abriga vida, servindo como principal guia nessa busca por respostas. Esta tese investiga o uso de microrganismos extremófilos, como uma levedura negra e bactérias alcalifílicas, como modelos para compreender os mecanismos moleculares de sobrevivência e a produção de bioassinaturas quando expostos a condições que simulam a geoquímica de Marte e dos oceanos de Encélado. Primeiramente, foi explorado o potencial da cepa de levedura negra Rhinocladiella similis como modelo eucariótico em estudos astrobiológicos. Análises genômicas, proteômicas e metabolomicas revelaram que, ao ser exposta a regolito sintético que simula o solo de Marte e a sais de perclorato, a levedura alterou significativamente seu metabolismo, passando a produzir diversas proteínas e enzimas para lidar com o estresse oxidativo, além de ativar processos de desintoxicação química e aumentar a produção de melanina. A levedura também produziu moléculas únicas nessas condições, como osmólitos, oxilipinas e sideróforos. Além disso, o estudo investigou o potencial de uma cratera vulcânica na Arábia Saudita como um ambiente promissor para a descoberta de bactérias poliextremófilas que poderiam servir como modelos em astrobiologia. Diversas bactérias halofílicas foram isoladas e caracterizadas por sequenciamento de 16S, e duas delas, do gênero Halalkalibacterium halodurans, foram submetidas a análises genômicas e metabolômicas para investigar sua capacidade de sobrevivência em condições que simulam os oceanos de Encélado. Suas assinaturas químicas foram analisadas utilizando uma abordagem de rede molecular via espectrometria de massas, visando identificar possíveis alvos de bioassinaturas.Em suma, este estudo demonstrou que, por meio de ferramentas multiômicas como genômica, proteômica e metabolômica, foi possível aprofundar a compreensão das estratégias moleculares empregadas por esses microrganismos extremófilos em condições de interesse astrobiológico, mostrando que esses microrganismos são bons modelos para entender a possível vida além da Terra.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)88887.598052/ 2021–00 e 88881.682425/2022–01engUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Química - PPGQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessExtremófiloMultiômicaExploração espacialMicrorganismoMarteLuas geladasCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICAExtremófilos em astrobiologia: contribuições para a compreensão da produção de bioassinaturas e estratégias moleculares de sobrevivênciaExtremophiles in astrobiology: contributions to the understanding of biosignatures production and survival molecular strategiesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTTESE_ALEF_DOS_SANTOS.pdf.txtTESE_ALEF_DOS_SANTOS.pdf.txtExtracted texttext/plain100614https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/1273eabc-b0c2-4d93-8b36-701638830069/downloadefdbf546711210249ebcfbe42bcac3ceMD53falseAnonymousREADTHUMBNAILTESE_ALEF_DOS_SANTOS.pdf.jpgTESE_ALEF_DOS_SANTOS.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg5409https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/43465ef2-029f-4c5e-bfa6-118a581933e7/download089c5a1cd0590555ae91f6e757ebb2d2MD54falseAnonymousREADORIGINALTESE_ALEF_DOS_SANTOS.pdfTESE_ALEF_DOS_SANTOS.pdfTESEapplication/pdf6519009https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/8245624d-e5c1-4c80-9412-c2bebdd9b6d5/download4ad49f7626aa0a9372f54cb99573d0a0MD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/735c48b3-5696-41e4-ba2f-159735f8985c/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52falseAnonymousREAD20.500.14289/213072025-02-06 05:19:37.894http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/21307https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T08:19:37Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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