#GenomicLab

Pantanal


O Pantanal é considerado a maior área alagável contínua do planeta, com aproximadamente 179,3 mil km² (área maior que Portugal e Austria juntos) e abastecido pela Região Hidrográfica do Rio Paraguai, é um bioma predominantemente brasileiro, em que 78% está localizado no Brasil, 18% na Bolívia e 4% no Paraguai.

Bacia Hidrográfica


O Pantanal possui um sistema de inundação periódica, em que parte do ano fica inundado e parte do ano fica seco, o que o torna um ambiente hostil para muitas espécies. As espécies que ali se mantem têm um alto grau de resistência às transformações naturais do bioma, e resiliência, o que demonstra a capacidade dos organismos em se recuperar após as drásticas mudanças ambientais.


Bacia hidrográfica onde se encontra o Pantanal, abrangendo os estados de Mato Grosso e Mato Grosso do Sul
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Pantanal da sub-região da Nhecolândia (Mato Grosso do Sul) na estação cheia


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Pantanal da sub-região de Cáceres (Mato Grosso) na estação cheia


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Pantanal da sub-região de Cáceres (Mato Grosso) na estação seca



Outra característica interessante do Pantanal é que muitas espécies ameaçadas de extinção em outras localidades do Brasil persistem em grandes populações na região. O Pantanal é uma imensa reserva (ou banco) onde muitas espécies de animais podem para re-colonizar (procriar e se espalhar) biomas adjacentes que têm suas populações ameaçadas ou afetadas, a exemplo do Cerrado e a Mata Atlântica.


O patrimônio genético da biodiversidade do Pantanal

Para entender se esse potencial é viável, precisamos estudar o patrimônio genético do Bioma. O Pantanal brasileiro abriga cerca de 263 espécies de peixes, 41 de anfíbios, 113 de répteis, 463 de aves e 132 de mamíferos, sendo duas delas nativas da própria região. Quase 2 mil espécies de plantas já foram identificadas e classificadas de acordo com seu potencial, algumas delas com potencial medicinal, sendo importante fonte de produtos naturais. Os incêndios recentes destruiram ~30% da área do Pantanal brasileiro, o equivalente a 30 vezes o tamanho da cidade de São Paulo ou uma área maior que a Dinamarca inteira (LASA, 2020). Muitas espécies foram fortemente afetadas e algumas populações podem ter sido perdidas.



Queimada


É imprescindível que se realize um levantamento genético da biodiversidade do Pantanal o quanto antes. O mapeamento do patrimônio genético do Pantanal fornecerá informações valiosas e abrangentes sobre a diversidade, distribuição e caracteristicas das espécies que habitam esse Bioma, caso contrário, nunca saberemos o que está sendo perdido.




Consórcio multisetorial para o Pantanal: sequenciar para preservar

O #GenomicLab (genomiclab.org) é parte do consórcio multissetorial que conta com acadêmicos, ONGs e empresas privadas, para realizaçao de projeto de ciência cidadã baseado em dados genômicos para mapear a biodiversidade do Pantanal. A parceria vai utilizar ferramentas que fazem uso do sequenciamento do DNA, tais como barcoding (código de barras de DNA), meta-barcoding e DNA ambiental (eDNA).








Barcoding: (i) pequenas amostras de indivíduos (fauna/flora) são coletadas, (ii) o DNA dessas amostras é extraído, (iii) 1 ou 2 genes (também chamados de marcadores moleculares) de cada um dos DNA’s é amplificado pela tecnica de PCR, (iv) os genes amplificados pela PCR são sequenciados e as sequencias geradas analisadas visando identificar a qual a espécie corresponde esse DNA.

Esses métodos permitem obter evidências sobre o percurso de animais em determinadas áreas sem a necessidade de observá-los de perto. As marcas e pistas que deixam no ambiente (excreções, pelos, escamas, pele, etc) carregam seu DNA (eDNA) e com esses métodos e tecnologias modernas poderemos determinar "quem passou por ali".


Custos, Tempo, Recursos humanos

Essas metodologias trazem vantagens, uma vez que não dependem da sorte de encontrar o animal, tampouco de toda a logística necessária para ir ao campo, equipamentos e horas de observação, mas sim usar o DNA deixado no ambiente (eDNA), que será usado para determinar se ele está ou passou naquela área. Os dados obtidos (códigos de barra de DNA, coordenadas de GPS, fotografias tiradas pelos turistas e moradores locais, características físico-químicas d’água e solo) serão utilizados para: (i) criar modelos de predição de distribuição de espécies, com objetivo de entender melhor onde cada espécie se localiza ou que áreas ela percorre, (ii) auxiliar a tomar melhores decisões em termos de conservação e (iii) avaliar o impacto causado pela atividade do homem na distribuição da biodiversidade: qual a riqueza e distribuição de espécies nas áreas não-queimadas comparadas com as áreas queimadas ?

As pegadas do DNA no Pantanal

Comparação da biodiversidade entre as áreas queimadas e não queimadas:

Com base nos resultados de laboratório (meta-barcoding) teremos um perfil de que animais estão usando as áreas que queimaram, bem como as que não queimaram. A partir de modelos matemáticos e dados obtidos por imagens de satélite podemos extrapolar os resultados obtidos nas áreas que não queimaram para as áreas que queimaram, podendo assim ter uma idéia de quantos e quais animais deveriam ocorrer lá. Quando comparamos os resultados desse modelo nos resultados de nossas coletas em áreas queimadas, teremos uma excelente estimativa de quantos animais e quais grupos, foram perdidos por causa das queimadas do ano de 2020. Com estas informações será possível desenhar ações de conservação mais específicas e avaliar a possibilidade de repovoamento nessas áreas.

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Participação dos cidadãos:

Paralelamente à extração de eDNA e sequenciamento, nossas metodologias serão validadas a partir da observação da fauna feita pela sociedade. Para isso, além dos pesquisadores, contaremos com a participação de turistas e moradores locais, compartilhando as fotos de animais no Pantanal com a localização de onde foram tiradas (e possíveis coordenadas de GPS). As fotos permitirão validar nosso modelo. O projeto oferecerá uma lista de sugestões e livros de registros para que a observação feita por turistas, moradores etc, mesmo sem as coordenadas, possam ser incorporadas em nossas avaliações, desde que com alguma precisão geográfica. Os guias turísticos contribuirão para essa precisão. Participação de professores e alunos do Ensino Médio nas coletas, extração de DNA e sequenciamento do barcoding de espécies do Pantanal.

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Resultados:

Engajamento na proteção ambiental, formaçao de recursos humanos, iniciação cientifica, promoção do interesse pela ciência. Os dados obtidos servirão também para auxiliar na classificação do grau de raridade de cada espécie (no caso os menos abundantes) para priorizar o sequenciamento completo do genoma daquelas mais ameaçadas, servindo de base para priorização de todas as ações e futuros esforços de de-extinção. O projeto será cumprido em 12 meses de duração. Neste curto espaço suas contribuições terão impacto de longo prazo: (i) os dados de biodiversidade obtidos servirão como base para estudos comparativos ao longo do tempo, visando acompanhar as mudanças causadas pelas queimadas ao longo dos anos, (ii) conscientização sobre a importância dos estudos de biodiversidade visando a conservação, (iii) ampliação da participação dos cidadãos nas campanhas e ações de conservação e (iv) a capacitação dos professores e estudantes da Escola no uso de ferramentas de sequenciamento de DNA, o que se traduz na disponibilidade de cidadãos treinados no uso de tecnologias do DNA para diversas ações de conservação.



Cronograma

Atividade/Mês 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Aquisição dos equipamentos e reagentes x x x
Treinamento dos professores (coleta, extração de DNA e sequenciamento) x x x
Coletas no Pantanal (solo e água) x x x x x x
Extração de DNA e sequenciamento de amostras biológicas caracterizadas (barcoding), com professores e alunos do Ensino Médio x x x x x
Sequenciamento do DNA ambiental (meta-barcoding) x x x x x
Banco de dados da biodiversidade do Pantanal disponibilizado publicamente e atualizado progressivamente x x x x x
Organização e análise das fotos da fauna do Pantanal obtidas pelos turistas e moradores locais x x x x x x x x x x x x
Organização e análise das fotos da fauna do Pantanal obtidas x x x x x x x x
Sequenciamento de genoma completo de espécies menos abundantes ou raras x x x x x x

Objetivos

1- Mapeamento preliminar da biodiversidade do Pantanal, comparando as áreas queimadas e não queimadas.
2 - Modelagem preditiva de distribuição de espécies


Amostras a serem coletadas:

Água de lagoas (bancos de macrófitas aquáticas) e solo (superfície e 15cm de profundidade) de áreas queimadas e não-queimadas. Todas as amostras coletadas serão transportadas em ambiente refrigerado até o local onde o DNA extraído, e serão caracterizadas por meio de análises físico-químicas.


Estações de campo: 2 estações de campo no Pantanal Sul (Corumbá e Aquidauana no estado de Mato Grosso do Sul) e 2 estações de campo no Pantanal Norte (Cáceres e Cuiabá no estado de Mato Grosso). Cada uma equipada com BentoLab ® (para extração de DNA) e MinION ® (ONT) para barcoding. O meta-barcoding usando eDNA será feito usando diferentes tecnologias de sequenciamento.

Treinamento: coleta, extração de DNA e sequenciamento para os professores/pesquisadores do Ensino Superior, professores de Biologia do Ensino Médio. Poderão ser feitas atividades em escolas do ensino médio e fundamental visando a disseminação das informações sobre a diversidade encontrada e a importância dela para esse Bioma. Para isso será feita a parceria com as escolas da rede estadual e municipal de educação e contará com a participação de acadêmicos de licenciatura do curso de ciências biológicas dos vários municípios envolvidos no estudo.




APOIO NECESSÁRIO

Oligos (barcoding/ meta-barcoding)
Tubos Falcon (15ml, 50ml)
Tubos Eppendorf
Pipetadores e ponteiras (P10, P200, P1000)
Kits de extração de DNA (por exemplo: DNA PowerWater, DNA PowerSoil)
MinION (ONT)
BentoLab
Biblioteca de DNA genômico e reagentes de sequenciamento (MinION-ONT, Illumina, Ion Torrent e PacBio)
Combustível para trabalho de campo
Kits de PCR (Taq polimerase de alta fidelidade)
Saco térmico (armazenamento temporário de amostra no campo)
Serviços de edição de mídia (livro, cartazes, pôsteres e vídeos)

Apoio


Pesquisadores
Alberto Dávila - #GenomicLab (Rio de Janeiro, RJ)
Alexsandra Favacho - FIOCRUZ-Mato Grosso do Sul (Campo Grande, MS)
Andre Luiz Julien Ferraz - UEMS (Aquidauana-MS)
Camila Mazzoni - BeGenDiv (Berlim, Alemanha)
Diego José Santana Silva - UFMS (Campo Grande, MS)
Edvagner de Oliveira - E.E. Onze de Março, Seduc-MT (Cáceres, MT)
Ernandes Sobreira Oliveira Junior - UNEMAT (Cáceres, MT)
Gecele Matos Paggi (UFMS) (Campo Grande, MS)
Janaína Guernica Silva - UFMS (Corumbá, MS)
Jeronimo Alencar - IOC/FIOCRUZ (Rio de Janeiro, RJ)
Luanne Lima - ICMBio/CENAP (Atibaia, SP)
Lucí Helena Zanata - UFMS (Corumbá, MS)
Maria Luiza Machado Campos - UFRJ (Rio de Janeiro, RJ)
Marivaine da Silva Brasil - UFMS (Corumbá, MS)
Nelson Peixoto - IOC/FIOCRUZ (Rio de Janeiro, RJ)
Ricardo Henrique Gentil Pereira - UFMS (Aquidauana, MS)
Roberta Azeredo Murta da Fonseca - UFMS (Corumbá, MS)
Rodrigo Jardim - #GenomicLab (Rio de Janeiro, RJ)
Sérgio Serra - UFRRJ (Seropédica, RJ)

Simone Chinicz Cohen - IOC/FIOCRUZ (Rio de Janeiro, RJ)
Walfrido Tomas - Embrapa-Pantanal (Corumbá, MS)
William Marcos da Silva - UFMS (Corumbá, MS)
Wilkinson Lopes Lázaro - UNEMAT (Cáceres, MT)
Zoraida Fernandez - FIOCRUZ-Mato Grosso do Sul (Campo Grande, MS)





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