CIIMAR e INESC criam robot para recolher ADN de ambientes aquáticos

A tecnologia foi testada em laboratório nos tanques de experimentação do INESCTEC bem como durante algumas campanhas de amostragem na costa Portuguesa. (Foto: DR)

Um trabalho colaborativo entre o Centro Interdisciplinar de Investigação Marinha e Ambiental da Universidade do Porto (CIIMAR-UP) e o Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores, Tecnologia e Ciência (INESC TEC), permitiu desenvolver um biosampler autónomo capaz de monitorizar, recolher e preservar o material genético dos microrganismos aquáticos de forma quase imediata.

O objetivo passa por utilizar estas amostras biológicas em estudos aprofundados sobre a diversidade e composição das comunidades de microrganismos aquáticos com utilização de novas tecnologias de análise do seu material genético. Os investigadores responsáveis pelo desenvolvimento deste biosampler autónomo publicaram recentemente estes avanços na revista científica PLOS ONE.

As mudanças climáticas e o escoamento de nutrientes e poluentes afetam grandemente o equilíbrio das comunidades microbianas naturais e comprometem a saúde dos ecossistemas, entre eles, os ecossistemas aquáticos. Foi nesse sentido que os investigadores do CIIMAR-UP e do INESC TEC se uniram para desenvolver esta tecnologia, desenvolvida e validada no âmbito dos projetos MarinEye, Coral e MarRisk.

“As comunidades microbianas planctónicas têm um papel central na resposta às alterações climáticas e aos impactos antropogénicos, com implicações diretas na qualidade da água, regulação das pescas e gestão das massas de água. Neste contexto, é essencial concentrar esforços na investigação que culmine no desenvolvimento de novas tecnologias de monitorização autónoma da dinâmica das comunidades microbianas planctónicas”, explica Catarina Magalhães., investigadora do CIIMAR e líder deste estudo.

As comunidades microbianas planctónicas são fundamentais para vários processos naturais dos ecossistemas aquáticos, incluindo o controlo da disponibilidade de nutrientes e a degradação e reciclagem de contaminantes orgânicos e inorgânicos com origem humana. No entanto, os efeitos das alterações climáticas e o escoamento de nutrientes e poluentes podem promover a ocorrência de microrganismos patogénicos ou produtores de toxinas. Estes fatores afetam o equilíbrio das comunidades microbianas naturais e comprometem todo o estado do ecossistema.

Neste contexto, a melhoria da monitorização do plâncton microbiano nestes habitats aquáticos é essencial para compreender como estas comunidades respondem às mudanças ambientais relacionadas com os efeitos das alterações climáticas ou, por exemplo, com o escoamento flutuante de nutrientes e poluentes de origem nas atividades humanas.

Até agora, a recolha deste tipo de amostras implicava procedimentos de amostragem dispendiosos e morosos, o que limitava a frequência da colheita de amostras e da recolha de dados, promovendo a deterioração da amostra e aumentando assim o risco de contaminação potencial devido ao tempo de armazenamento. O biosampler desenvolvido pelos biólogos do CIIMAR-UP e os engenheiros do INESC TEC é completamente autónomo e é capaz de melhorar a resolução temporal e espacial da monitorização biológica em diferentes ambientes aquáticos. Esta tecnologia foi testada em laboratório nos tanques de experimentação do INESCTEC bem como durante algumas campanhas de amostragem na costa Portuguesa.

Alfredo Martins, engenheiro do INESC TEC e também responsável pelo estudo, aponta as vantagens do biosampler autónomo: “Acreditamos que o sucesso no desenvolvimento deste protótipo de amostragem autónoma dos microbiomas aquáticos, fruto de uma colaboração multidisciplinar entre o INESC-TEC e o CIIMAR, irá solucionar múltiplas limitações associadas à colheita manual e deste modo impulsionar a monitorização biológica a uma escala temporal e espacial alargada diminuindo os custos e aumentando a sua eficiência.”

O biosampler foi ainda validado, em termos de reprodutibilidade e capacidade de recuperação do DNA ambiental (eDNA). Os resultados desta validação foram apresentados no artigo recentemente publicado na revista científica PLOS ONE.

Outra das principais vantagens deste biosampler é minimizar os artefactos associados ao manuseamento da amostra, maximizando as condições de esterilidade e possibilitando a preservação quase imediata do material genético das amostras recolhidas. Além disso, ao integrar o biosampler em diferentes sistemas fixos ou móveis de observação aquática, será possível aumentar substancialmente a capacidade de monitorização biológica através de estudos de larga escala temporal sobre a diversidade e funções das comunidades microbianas.

Este sistema vai começar a ser utilizado para recolha autónoma do microbioma marinho em atuais e futuros projetos de investigação do CIIMAR principalmente no que diz respeito a trabalhos de investigação que envolvem a monitorização das comunidades planctónicas. No entanto já foi submetida uma patente europeia com o objetivo de num futuro próximo transformar este protótipo do biosampler num produto inovador de monitorização marinha passível de ser utilizado em múltiplos sistemas aquáticos, incluído em sistemas de aquacultura, para a monitorização das comunidades microbiológicas.