Bioindicadores bacterianos permitem a classificação do estado biológico ao longo do rio Danúbio continental

Biologia das Comunicações, volume 6, número do artigo: 862 (2023) Citar este artigo

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Apesar da importância das bactérias nos ecossistemas aquáticos e dos seus padrões de diversidade previsíveis no espaço e no tempo, faltam amplamente ferramentas de biomonitorização para avaliação do estado que dependam destes organismos. Isto se deve em parte à insuficiência de dados e modelos para identificar preditores microbianos confiáveis. Aqui, mostramos o metabarcoding em combinação com estatísticas multivariadas e aprendizado de máquina que permite identificar bioindicadores bacterianos para sistemas existentes de classificação do estado biológico. A dinâmica da diversidade beta bacteriana segue gradientes ambientais e as associações observadas destacam potenciais bioindicadores para resultados ecológicos. As ligações espaço-temporais que abrangem as comunidades microbianas ao longo do rio permitem uma previsão precisa do estado biológico a jusante a partir de informações a montante. A análise de redes em variantes de sequências de amplicons identifica como bons indicadores os gêneros Fluviicola, Acinetobacter, Flavobacterium e Rhodoluna, e revela redundância informacional entre os táxons, o que coincide com o parentesco taxonômico. A redundância entre bioindicadores bacterianos revela táxons mutuamente exclusivos, que permitem modelagem precisa do estado biológico usando apenas 2 a 3 variantes de sequência de amplicon. Como tal, os nossos modelos mostram que a utilização de algumas variantes de sequências de amplicons bacterianos de géneros distribuídos globalmente permite a avaliação do estado biológico ao longo dos sistemas fluviais.

Nas últimas décadas, a conservação e restauração de ecossistemas fluviais ameaçados tornaram-se fundamentais em todo o mundo. Na Europa, a avaliação do estado ecológico baseia-se em vários indicadores, incluindo parâmetros físicos, químicos e biológicos. Os indicadores biológicos abrangem diferentes componentes das comunidades que vivem em ecossistemas de água doce: peixes, macroinvertebrados, flora aquática incluindo fitoplâncton, fitobentos e macrófitas. Até agora, pouca atenção tem sido dada aos procariontes1,2,3, com exceção da avaliação da qualidade da água relacionada com a saúde, como para banho ou água potável4,5,6,7.

Os procariontes, devido ao seu pequeno tamanho e elevada relação superfície-volume, são extremamente sensíveis às mudanças ambientais, incluindo variações em nutrientes ou poluentes, mesmo em concentrações muito baixas8. Esta capacidade torna-os candidatos perfeitos como bioindicadores e sentinelas de alerta precoce, capazes de responder rapidamente a qualquer sinal de stress no ambiente9. A necessidade de índices biológicos baseados em procariontes foi enfatizada várias vezes por diferentes autores e múltiplas abordagens foram propostas para introduzir estas comunidades nas atuais redes de biomonitoramento para ambientes de água doce e marinhos10.

As primeiras tentativas de identificação de táxons bacterianos adequados como bioindicadores para caracterização do estado biológico foram realizadas por Fortunato et al.11 no Rio Columbia e seu estuário. Eles foram capazes de identificar vários táxons de comunidades bacterioplanctônicas específicas para várias estações e tipos de habitat. Aylagas et al.12 deram um passo além e usaram um índice de status biológico baseado em macroinvertebrados bentônicos como base metodológica para desenvolver um índice comparável usando táxons bacterianos do sequenciamento do amplicon 16S rRNA. Os táxons bacterianos foram divididos em dois grupos ecológicos de acordo com sua associação positiva ou negativa com a poluição orgânica e inorgânica. O índice microgAMBI que desenvolveram baseia-se na abundância relativa dos táxons associados a cada um dos dois grupos ecológicos. Além disso, este estudo revelou uma correlação significativa entre o índice bacteriano recentemente desenvolvido e o método tradicional de classificação baseado em macroinvertebrados, mostrando melhor desempenho do primeiro em alguns casos. Isto enfatizou que as bactérias e o estado ecológico podem estar ligados e que os índices baseados em bactérias podem ser substitutos válidos para a avaliação do impacto ambiental e a classificação da qualidade da água nas zonas costeiras.