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Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10451/1461

Título: Estudo do processo adaptativo em populações de Escherichia coli
Autor: Batista, João Miguel Barroso
Orientador: Gordo, Isabel
Dionísio, Francisco, 1971-
Palavras-chave: Bacteriologia
Adaptação
Fitness
Teses de mestrado
Issue Date: 2009
Resumo: Embora a ocorrência dos fenómenos evolutivos nas populações seja um facto conhecido, existem ainda aspectos deste processo que são importantes clarificar, nomeadamente em relação ao modo como a adaptação decorre. Uma possível abordagem consiste no seu estudo em tempo real, através de experiências de evolução experimental com a bactéria Escherichia coli, de modo a investigar a evolução da fitness e os factores importantes neste processo. Um dos objectivos deste trabalho pretende esclarecer de que forma o tamanho populacional efectivo influencia a adaptação de populações bacterianas ao meio. Para isso mediu-se a fitness relativa em ensaios de competição de populações adaptadas durante 2000 gerações com tamanhos populacionais efectivos distintos (Ne = 2 x 104 e Ne = 107). Através da comparação das medições de fitness às 1000 e 2000 gerações para os dois tipos de populações foi possível concluir que ambas estavam adaptadas e que as diferentes médias de fitness identificadas correspondiam ao nível máximo de adaptação atingido, que era significativamente maior nas populações grandes que nas pequenas. Outro objectivo consiste em tentar perceber de que forma os aumentos de fitness medidos em populações de Escherichia coli são sensíveis à alteração da forma da distribuição dos efeitos das mutações benéficas na fitness que surgem durante o processo adaptativo. Com recurso a simulações Monte-Carlo de evolução adaptativa de populações testaram-se diferentes combinações de parâmetros como a taxa de mutação benéfica, os seus efeitos na fitness e a forma da distribuição desses efeitos, comparando-se os dados gerados com os aumentos de fitness medidos experimentalmente. Os resultados demonstraram uma robustez dos dados práticos face à distribuição dos efeitos das mutações existentes na população, uma vez que nas diferentes distribuições as mutações de maior efeito assumidas como raras é que acabam por se fixar. Por outro lado procura-se estudar os estágios iniciais da compensação para o custo na fitness associado a uma mutação que confere resistência ao antibiótico estreptomicina, em condições de elevado tamanho populacional e num meio estruturado. Assim, populações mutantes foram propagadas em meio sólido e sem antibiótico durante 200 gerações e através de ensaios de competição determinou-se uma percentagem de compensação média de 50%. Também foram estimados os efeitos das mutações compensatórias, com um efeito médio de 4% e uma distribuição dos efeitos na fitness compatível com uma distribuição do tipo Gama. Não foram identificados revertentes, indicando assim que a compensação é um processo rápido e que ocorre frequentemente nas populações.
Although occurrence of evolution is a well know fact, there are still some points about this process that are important to profound, like the way adaptation proceeds. As an approach to study adaptation, experimental evolution using Escherichia coli allows its observation in real time, in such a way that one can study fitness alterations and the several factors that influence this process. One main goal of this work is to understand the impact that population size has during bacterial adaptation. To investigate this, populations with two different effective sizes (Ne = 2,3x104 and Ne=107) were propagated in liquid medium during 2000 generations and their mean fitness was measured using competition assays. Through comparison of population mean fitness at 1000 and 2000 generations it could be concluded that, although both groups were adapted, the mean fitness value achieved by the small populations was statistically lower than the one obtain for the large populations. Another aim of this study is to investigate if the fitness increase observed after 1000 generations of E. coli adaptation is sensitive to changes in the shape of the distribution of fitness effects among beneficial mutations arising in populations during the adaptive process. In order to access this, Monte-Carlo simulations of adaptive evolution were performed, testing different parameters such as mutation rate of beneficial mutations, its mean fitness effect and shape of distribution of fitness effects. Simulations data was compared with the mean fitness increase measured in real populations. These results showed robustness of mean fitness measured in real populations, despite of the different distribution of fitness effects assumed. A last point intends to study the compensation for the fitness cost associated with a mutation conferring resistance to the antibiotic streptomycin, occurring in mutant populations growing in a structured medium with a high effective size. Independent mutant populations were propagated during 200 generations in solid medium in the absence of antibiotic and the relative fitness of individual clones was measured through competition assays. A mean compensation of 50% to the cost of the mutation was calculated and the fitness effects of the first compensatory mutations arising in the populations were investigated. A distribution compatible with a gamma was observed, with a mean fitness effect of 4%. No streptomycin sensitive revertants were identified during the course of the experiment, implying that compensation is a rapid process that commonly occurs in populations.
Descrição: Tese de mestrado, Biologia (Biologia Evolutiva e do Desenvolvimento), 2009, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências
URI: http://catalogo.ul.pt/F/?func=item-global&doc_library=ULB01&type=03&doc_number=000571826
http://hdl.handle.net/10451/1461
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