Study of new methods for the characterisation and the preservation of diatom cultures

Abstract

Diatoms are microscopic, unicellular photosynthetic microrganisms which possess rigid cell walls (frustules) composed by amorphous silica. As photoautotrophic, their cultures are affected by light. Other limiting factors are nutrients content (phosphate, nitrogen and silicon), pH and temperature. Diatoms can be explored in Biotechnology (pharmaceutical industry, cosmetics and biofuel) and the frustule itself is of vast interest to Nanotechnology. However, the success of industrial applications using diatoms depends on the choice of the species with the most relevant properties for the required application. As a result, the methods of taxonomic characterisation must be improved. The work presented in this thesis aims at investigating new methods for the characterisation and preservation of diatoms (Seminavis robusta, Cosciscodiscus, Thalassiosira, Cyclotella meneghiniana) and, more specifically, the possibility of using the MALDI-TOF ICMS technique for their characterisation. The immobilisation of the marine centric diatom Coscinodiscus, in gelatine and pectin beads as a method of long-term preservation was studied as a way of preserving the genomic, morphological and physiological characteristics. Finally, surfactants were used in an attempt to detach the pennate diatom Seminavis robusta through chemical action. From these studies, it was concluded that: (1) diatoms generate MALDI-TOF ICMS fingerprints that can be used in their identification and characterisation; (2) diatoms immobilisation in pectin and gelatine beads did not have any advantages over the existing methods; (3) the chemical action proved to be an alternative method to detach diatoms. However, more studies about the characterisation and detachment are required.

As diatomáceas são seres microscópicos, unicelulares, eucariontes e fotossintéticos que possuem paredes celulares rígidas (frústulas) compostas por sílica amorfa. Sendo fotoautotróficas, as diatomáceas são especialmente sensíveis ao efeito da luz. Outros factores limitantes são os nutrientes (fosfato, nitrogénio, silício), o pH e a temperatura. As diatomáceas podem ser exploradas na Biotecnologia (indústria farmacêutica, cosmética e de biocombustíveis) e a frústula tem despertado um grande interesse para aplicações nanotecnológicas. No entanto, o sucesso das aplicações industriais usando diatomáceas depende da escolha da espécie com as propriedades mais adequadas para a aplicação desejada. Deste modo, os métodos de caracterização taxonómica são fundamentais e devem ser optimizados. O trabalho apresentado nesta tese teve como objectivo investigar novos métodos de preservação e caracterização de diatomáceas (Seminavis robusta, Cosciscodiscus sp., Thalassiosira sp., Cyclotella meneghiniana) e, mais especificamente, a possibilidade de utilizar a técnica de MALDITOF ICMS para a caracterização destes microrganismos. A imobilização das diatomáceas cêntricas e marinhas, no caso Coscinodiscus, em esferas de gelatina e pectina como um método de preservação a longo prazo, foi estudada como forma de preservar as características genómicas, morfológicas e fisiológicas. Finalmente, os surfactantes foram usados numa tentativa de destacar as diatomáceas pennate da espécie Seminavis robusta por acção química. Após o presente estudo, pôde concluiu-se que: (1) as diatomáceas são capazes de gerar fingerprints obtidos em MALDITOF ICMS que poderão ser usados na sua identificação e caracterização; (2) a imobilização de diatomáceas em esferas de pectina e gelatina não apresenta vantagens em relação aos métodos já existentes; (3) a acção química provou ser um método alternativo para destacar diatomáceas. No entanto, mais estudos sobre a caracterização e destacamento são necessários para se cumprirem totalmente os objectivos iniciais.