Immune responses in Bathymodiolus azoricus upon Vibrio challenges : approaches to characterize mussel survival strategies and physiological adaptations in deep sea extreme environments

Tese de Doutoramento, Ciências do Mar, especialidade de Biologia Marinha, 18 de Dezembro de 2015, Universidade dos Açores.

O ambiente marinho profundo representa uma excelente fonte de investigação para desenvolver e melhorar os conhecimentos sobre os animais que habitam em ambientes extremos e sobre as relações quimiossintéticas estabelecidas nesse ecossistema marinho. Dessa premissa surge a necessidade de entender o funcionamento do sistema imunitário em animais do fundo marinho, nomeadamente do mexilhão do mar profundo Bathymodiolus azoricus. O facto de este mexilhão habitar e desenvolver-se em ambientes extremos, como as fontes hidrotermais marinhas de profundidade, torna-o num interessante modelo para caracterizar as suas estratégias de sobrevivência e adaptações fisiológicas nesses ambientes. Nestas fontes hidrotermais, o seu sistema imunitário está constantemente a ser desafiado por compostos estranhos e microrganismos, como as bactérias do meio ambiente circundante. Contudo, as respostas imunitárias no B. azoricus após contacto com Vibrio não estão completamente compreendidas. As bactérias do género Vibrio são frequentemente patogénicos marinhos que causam grande mortalidade em bivalves. Assim, a presente tese pretende compreender as respostas imunitárias dos mexilhões após a exposição a diferentes estirpes de Vibrio, de modo a elucidar as principais vias de sinalização dos genes e proteínas intervenientes na defesa dos mexilhões durante um determinado estímulo bacteriano. Neste sentido, os métodos apresentados nesta tese têm como base a utilização de diferentes técnicas da biologia molecular, com destaque para o PCR quantitativo em tempo real baseado no princípio da reacção em cadeia da polimerase. Esta técnica foi realizada: em brânquia de mexilhões B. azoricus submetidos ao contacto com diferentes suspensões bacterianas de patogénicos marinhos (Capítulos I); no estudo comparativo da expressão de genes e proteínas entre o mexilhão de profundidade B. azoricus e o mexilhão costeiro Mytilus galloprovincialis (Capitulo II) e no estudo sobre a especificidade da resposta imunitária em diferentes tecidos, entre populações de B. azoricus provenientes das fontes hidrotermais Menez Gwen e Lucky Strike, após contacto com a bactéria Vibrio diabolicus (Capitulo III). [...].

ABSTRACT: The deep-sea environment is excellent source for investigating and improving our knowledge in the field of marine biology of organisms living in extreme habitats and their relationships with chemosynthetic-based ecosystems. Along with the study of chemosynthetic-based ecosystems the necessity to understand immune system function in deep-sea hydrothermal animals such as in the mussel Bathymodiolus azoricus, has emerged gradually. Indeed, these mussels live and thrive in extreme environments as the deep-sea hydrothermal vents. B. azoricus species has become an interesting model to characterize the survival strategies and physiological adaptations in these environments. At such depths and under hydrothermal physico-chemical conditions, their immune system is constantly challenged by foreign vent compounds and microorganisms (e.g. bacteria). However, these immune responses in B. azoricus upon Vibrio challenges are not thoroughly understood. Vibrio bacteria are frequently pathogens in the aquatic environment that cause a high mortality in bivalves. This thesis was conceived and achieved with the aim of better understanding the immune response in B. azoricus mussels after several experimental challenges with different Vibrio strains. The core of this thesis consisted of elucidating signaling gene pathways and proteins involved in mussel defenses during bacterial stimuli. In this way, the thesis methods were undertaken using several molecular biology techniques, highlighting the qPCR. This technique was used: in gills from B. azoricus mussels infected with suspension of different marine bacterial pathogens (Chapter I); in comparative studies of gene expression and protein analyses between deep-sea hydrothermal vent mussel B. azoricus and the shallow-water mussel Mytilus galloprovincialis (Chapter II) and in an immune response tissue-specificity study in different tissues, and between Menez Gwen and Lucky Strike B. azoricus populations, after exposure to Vibrio diabolicus bacterium (Chapter III). [...]

This thesis was supported by FCT grant SFRH/BD/68951/2010, Department of Oceanography and Fisheries, University of the Azores and Institute of Marine Research (IMAR).