Novel yeast biosensors for environmental monitoring

Abstract

Agriculture is a human activity with high impact in the environment. Due to a constant demand for a high and stable crop production, pesticides and other chemicals have been extensively applied in the environment in order to control pests, weeds and pathogens. However, after decades of worldwide usage, their side-effects on the ecosystems are obvious. Many of these chemicals are frequently detected in the aquatic environment. Specifically, modern agriculture has become strongly dependent on fungicides since they can inhibit fungal pathogens with high efficacy. On the other hand, several studies demonstrated that fungicides change the microbial communities responsible for important ecological processes. Additionally, the environmental risk assessment (ERA) of fungicides in the European Union (EU) may not be sufficiently protective for fungi. In order to streamline fungicide detection in aqueous samples, the aim of this project is to develop novel easy-to-use biosensors to detect the presence of selected fungicides in aquatic samples. Six fungicides applied in vineyards, a key culture from northern Portugal, were selected based on relevance, ecotoxicity and mode of action: tebuconazole, myclobutanil, cymoxanil, azoxystrobin, and metalaxyl. First, general and specific effects of the selected fungicides on Saccharomyces cerevisiae cells were determined. Then, based on the most promising data obtained, yeast reporter strains were designed.

A agricultura é uma atividade humana com grande impacto no meio ambiente. Devido a uma demanda constante por uma produção agrícola alta e estável, pesticidas e outros produtos químicos foram amplamente aplicados no meio ambiente, a fim de controlar pragas, ervas daninhas e patógenos. No entanto, após décadas de uso mundial, os seus efeitos colaterais sobre os ecossistemas são óbvios. Muitos desses produtos químicos são frequentemente detetados no meio aquático. Especificamente, a agricultura moderna tornou-se fortemente dependente de fungicidas, uma vez que podem inibir fungos patogénicos com alta eficácia. Por outro lado, vários estudos demonstraram que os fungicidas alteram as comunidades microbianas responsáveis por processos ecológicos importantes. Além disso, a avaliação do risco ambiental dos fungicidas na União Europeia (UE) pode não ser suficientemente protetora para os fungos. A fim de agilizar a deteção de fungicidas em amostras aquosas, o objetivo deste projeto é desenvolver novos biossensores de uso fácil para detetar a presença de fungicidas selecionados em amostras aquáticas. Cinco fungicidas aplicados nas vinhas, uma cultura chave do norte de Portugal, foram selecionados com base na relevância, ecotoxicidade e modo de ação (MoA): tebuconazole, myclobutanil, cymoxanil, azoxystrobin e metalaxyl. Primeiro, serão determinados os efeitos gerais e específicos dos fungicidas selecionados nas células de Saccharomyces cerevisiae. De seguida, tendo por base os dados obtidos mais promissores, as estirpes repórter serão desenhadas.