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Microcystis aeruginosa

Microcystis aeruginosa es una especie de cianobacteria de agua dulce que puede formar floraciones de algas nocivas de importancia económica y ecológica. Son la floración de cianobacterias tóxicas más común en agua dulce eutrófica . Las cianobacterias producen neurotoxinas y hepatotoxinas peptídicas, como la microcistina y la cianopeptolina . [1] Microcystis aeruginosa produce numerosos congéneres de la microcistina, siendo la microcistina-LR la más común. [2] Se han reportado floraciones de Microcystis en al menos 108 países, y se ha observado la producción de microcistina en al menos 79. [3]

Características

Imagen NOAA MERIS de una gran floración de cianobacterias confirmada como M. aeruginosa [4]
Floración de Microcystis aeruginosa en el lago Albert en Wagga Wagga , Australia

Como lo indica la derivación etimológica, Microcystis se caracteriza por células pequeñas (de solo unos pocos micrómetros de diámetro), que carecen de vainas individuales. [5]

Las células suelen organizarse en colonias (de las que se pueden ver grandes colonias a simple vista) que comienzan con forma esférica, pero pierden su coherencia y se vuelven perforadas o irregulares con el tiempo en cultivo. Evidencias recientes sugieren que uno de los factores que impulsan la formación de colonias es la perturbación/mezcla de la columna de agua. [6]

El protoplasto es de un color azul verdoso claro, que parece oscuro o marrón debido a los efectos ópticos de las vesículas llenas de gas ; esto puede ser útil como característica distintiva cuando se utiliza el microscopio óptico . Estas vesículas proporcionan la flotabilidad necesaria para que M. aeruginosa se mantenga en un nivel dentro de la columna de agua en el que pueda obtener niveles óptimos de luz y dióxido de carbono para un crecimiento rápido.

Ecología

M. aeruginosa se ve favorecida por las temperaturas cálidas, [7] pero la toxicidad y las tasas máximas de crecimiento no están totalmente acopladas, [8] ya que la cianobacteria tiene las tasas de crecimiento de laboratorio más altas a 32 °C, mientras que la toxicidad es más alta a 20 °C, disminuyendo en función del aumento de temperaturas por encima de los 28 °C. Se ha descubierto que el crecimiento está limitado por debajo de los 15 °C.

La planta acuática Myriophyllum spicatum produce ácidos elágico , gálico y pirogálico y (+)- catequina , polifenoles alelopáticos que inhiben el crecimiento de M. aeruginosa . [9]

Toxinas

M. aeruginosa puede producir tanto neurotoxinas ( lipopolisacáridos, LPS) [10] como hepatotoxinas ( microcistinas ).

Importancia económica

Debido a que la toxina microcistina de M. aeruginosa se produce en condiciones ambientales adecuadas, puede ser una fuente de contaminación del agua potable . [11] Las medidas de mitigación de la calidad del agua en forma de instalaciones de filtración de agua pueden generar mayores costos económicos, así como daños al turismo local causados ​​por el cierre de lagos u otras vías fluviales. [12] En los últimos años se han producido incidentes importantes tanto en China [13] como en Estados Unidos/Canadá [14] [15] [16]

M. aeruginosa es objeto de investigación sobre la producción natural de hidroxitolueno butilado (BHT), [17] un antioxidante, aditivo alimentario y químico industrial.

Los péptidos bioactivos llamados aeruciclamidas se pueden aislar de M. aeruginosa . [18] [19]

Importancia ecológica

En 2009, una mortalidad de mamíferos sin precedentes en la parte sur del Parque Nacional Kruger condujo a una investigación que implicó a M. aeruginosa . Los animales muertos incluían animales que pastaban y ramoneaban, que preferían beber del lado de sotavento de dos presas, un punto natural de acumulación para las floraciones de Microcystis a la deriva . Los mamíferos como los elefantes y los búfalos que suelen meterse en el agua antes de beber, no se vieron afectados, al igual que los cocodrilos residentes. La fuente de nutrientes que sustentaba el crecimiento de Microcystis se redujo al estiércol y la orina evacuados en el agua por una gran población residente de hipopótamos, que no se vio afectada por la floración. El problema inmediato se resolvió rompiendo las paredes de la presa y drenando el agua. M. aeruginosa es el género de cianobacterias más abundante en Sudáfrica, con cepas tanto tóxicas como inofensivas. [20] Algunos cuerpos de agua sudafricanos están ahora altamente contaminados, principalmente por los flujos de retorno de plantas de tratamiento de aguas residuales disfuncionales que descargan más de 4 mil millones de litros (1.100 millones de galones estadounidenses) de aguas residuales sin tratar, o en el mejor de los casos parcialmente tratadas, en los ríos receptores cada día, siendo la presa Hartebeestpoort una de las peores. [21]

La microcistina se ha relacionado con la muerte de nutrias marinas en 2010, una especie amenazada en los EE. UU. [22] El envenenamiento probablemente se debió a la ingestión de bivalvos contaminados que suelen consumir las nutrias marinas y los humanos. Dichos bivalvos en la zona exhibieron una biomagnificación significativa (hasta 107 veces los niveles ambientales del agua) de microcistina. [23]

Metabolismo del glifosato

Las floraciones de algas de cianobacterias prosperan en el alto contenido de fósforo de la escorrentía agrícola. Además de consumir fósforo, M. aeruginosa prospera con glifosato , aunque altas concentraciones pueden inhibirlo. [24] M. aeruginosa ha demostrado resistencia al glifosato como resultado de mutaciones preselectivas, y la presencia de glifosato sirve como una ventaja para este y otros microbios que pueden tolerar sus efectos, mientras que mata a los menos tolerantes. [25] En contraste, la investigación en el lago Erie ha sugerido que el glifosato puede provocar floraciones de otra cianobacteria -Planktothrix- en lugar de Microcystis . [26]

Referencias

  1. ^ Tooming-Klunderud, Ave (2007). Sobre la evolución de los grupos de genes de la péptido sintetasa no ribosómica en cianobacterias (tesis doctoral). Universidad de Oslo.
  2. ^ Harke, Matthew J.; Steffen, Morgan M.; Gobler, Christopher J.; Otten, Timothy G.; Wilhelm, Steven W.; Wood, Susanna A.; Paerl, Hans W. (2016). "Una revisión de la ecología global, genómica y biogeografía de la cianobacteria tóxica, Microcystis spp". Harmful Algae . 54 : 4–20. doi : 10.1016/j.hal.2015.12.007 . PMID  28073480.
  3. ^ Harke, Matthew J.; Steffen, Morgan M.; Gobler, Christopher J.; Otten, Timothy G.; Wilhelm, Steven W.; Wood, Susanna A.; Paerl, Hans W. (2016). "Una revisión de la ecología global, genómica y biogeografía de la cianobacteria tóxica, Microcystis spp". Harmful Algae . 54 : 4–20. doi : 10.1016/j.hal.2015.12.007 . PMID  28073480.
  4. ^ "Investigación de ecosistemas y floraciones de algas nocivas". Centro de Excelencia para los Grandes Lagos y la Salud Humana . NOAA. Archivado desde el original el 27 de septiembre de 2011. Consultado el 27 de junio de 2011 .
  5. ^ "Cianobacterias: Microcystis". El disco de sílice Secchi . Connecticut College: El disco de sílice Secchi. Archivado desde el original el 26 de marzo de 2008. Consultado el 24 de junio de 2011 .
  6. ^ Chunni, Zhong; Guijun, Yang; Boqiang, Qin; Wilhelm, Steven W.; Yu, Liu; Lihua, Han; Zheng, Rui; Hongwei, Yang; Zhou, Zhang (2019). "Efectos de la intensidad de la mezcla en el tamaño de la colonia y el crecimiento de Microcystis aeruginosa". Annales de Limnologie - Revista internacional de limnología . 55 : 12. doi : 10.1051/limn/2019011 . ISSN  0003-4088.
  7. ^ Paerl, HW; Huisman, J. (4 de abril de 2008). "Florece como si estuviera caliente". Science . 320 (5872): 57–58. doi :10.1126/science.1155398. ISSN  0036-8075. PMID  18388279. S2CID  142881074.
  8. ^ Peng, Guotao; Martin, Robbie M.; Dearth, Stephen P.; Sun, Xiaocun; Boyer, Gregory L.; Campagna, Shawn R.; Lin, Sijie; Wilhelm, Steven W. (3 de abril de 2018). "Las temperaturas frías estacionalmente relevantes interactúan con la química del nitrógeno para aumentar las microcistinas producidas en cultivos de laboratorio de Microcystis aeruginosa NIES-843". Ciencia y tecnología ambiental . 52 (7): 4127–4136. Código Bibliográfico :2018EnST...52.4127P. doi :10.1021/acs.est.7b06532. ISSN  0013-936X. PMID  29522323.
  9. ^ Polifenoles alelopáticos liberados por Myriophyllum spicatum que inhiben el crecimiento de las algas verdeazuladas Microcystis aeruginosa. Satoshi Nakai, Yutaka Inoue, Masaaki Hosomi y Akihiko Murakami, Water Research, Volumen 34, Número 11, 1 de agosto de 2000, Páginas 3026–3032, doi :10.1016/S0043-1354(00)00039-7
  10. ^ Mayer, Alejandro MS; Jonathan A. Clifford (mayo de 2011). "El lipopolisacárido de la cianobacteria Microcystis aeruginosa provoca la liberación de anión superóxido, tromboxano B2, citocinas, quimiocinas y metaloproteinasa de matriz-9 por la microglia de la rata". Toxicological Sciences . 121 (1): 63–72. doi : 10.1093/toxsci/kfr045 . PMID  21362633. Archivado desde el original el 15 de abril de 2013 . Consultado el 25 de junio de 2011 .
  11. ^ "Toxinas cianobacterianas: microcistina-LR en el agua potable". Documento de referencia para la elaboración de las Directrices de la OMS para la calidad del agua potable . Organización Mundial de la Salud (OMS) . Consultado el 24 de junio de 2011 .
  12. ^ Somek, Hasim. "Informe de un caso: floración algal de Microcystis aeruginosa en un cuerpo de agua potable, lago Eğirdir, Turquía" (PDF) . Revista Turca de Ciencias Pesqueras y Acuáticas. Archivado desde el original (PDF) el 4 de octubre de 2011. Consultado el 27 de junio de 2011 .
  13. ^ Qin, Boqiang; Xu, Pengzhu; Wu, Qinglong; Luo, Liancong; Zhang, Yunlin (2007). "Cuestiones ambientales del lago Taihu, China". Hidrobiología . 581 (1): 3–14. doi :10.1007/s10750-006-0521-5. ISSN  0018-8158. S2CID  21108027.
  14. ^ Steffen, Morgan M.; Davis, Timothy W.; McKay, R. Michael L.; Bullerjahn, George S .; Krausfeldt, Lauren E.; Stough, Joshua MA; Neitzey, Michelle L.; Gilbert, Naomi E.; Boyer, Gregory L.; Johengen, Thomas H.; Gossiaux, Duane C. (2017). "Examen ecofisiológico de la floración de Microcystis en el lago Erie en 2014: vínculos entre la biología y el cierre del suministro de agua de Toledo, Ohio". Environmental Science & Technology . 51 (12): 6745–6755. Bibcode :2017EnST...51.6745S. doi :10.1021/acs.est.7b00856. ISSN  0013-936X. PMID  28535339.
  15. ^ Kramer, Benjamin J.; Davis, Timothy W.; Meyer, Kevin A.; Rosen, Barry H.; Goleski, Jennifer A.; Dick, Gregory J.; Oh, Genesok; Gobler, Christopher J. (2018). Miller, Todd (ed.). "Limitación de nitrógeno, potencial de síntesis de toxinas y toxicidad de las poblaciones de cianobacterias en el lago Okeechobee y el estuario del río St. Lucie, Florida, durante el evento de estado de emergencia de 2016". PLOS ONE . ​​13 (5): e0196278. Bibcode :2018PLoSO..1396278K. doi : 10.1371/journal.pone.0196278 . ISSN  1932-6203. PMC 5965861 . PMID  29791446. 
  16. ^ Steffen, Morgan M.; Zhu, Zhi; McKay, Robert Michael L.; Wilhelm, Steven W.; Bullerjahn, George S. (2014). "Evaluación taxonómica de un cambio de cianobacterias tóxicas en el hipereutrófico Grand Lake St. Marys (Ohio, EE. UU.)". Harmful Algae . 33 : 12–18. doi :10.1016/j.hal.2013.12.008.
  17. ^ Babu B, Wu JT (diciembre de 2008). "Producción de hidroxitolueno butilado natural como antioxidante por el fitoplancton de agua dulce" (PDF) . Journal of Phycology . 44 (6): 1447–1454. doi :10.1111/j.1529-8817.2008.00596.x. PMID  27039859. S2CID  26084768.
  18. ^ Portmann C, Blom JF, Gademann K, Jüttner F (julio de 2008). "Aerucyclamides A y B: aislamiento y síntesis de péptidos heterocíclicos ribosomales tóxicos de la cianobacteria Microcystis aeruginosa PCC 7806". Journal of Natural Products . 71 (7): 1193–6. doi :10.1021/np800118g. PMID  18558743.
  19. ^ Portmann C, Blom JF, Kaiser M, Brun R, Jüttner F, Gademann K (noviembre de 2008). "Aislamiento de aeruciclamidas C y D y revisión de la estructura de la microciclamida 7806A: péptidos ribosomales heterocíclicos de Microcystis aeruginosa PCC 7806 y su evaluación antiparasitaria". Journal of Natural Products . 71 (11): 1891–6. doi :10.1021/np800409z. PMID  18973386.
  20. ^ Paul J. Oberholster, Jan G. Myburgh, Danny Govender, Roy Bengis , Anna-Maria Botha Identificación de cepas toxigénicas de Microcystis después de incidentes de mortalidad de animales salvajes en el Parque Nacional Kruger, Sudáfrica. Ecotoxicología y seguridad ambiental (2009), Elsevier doi :10.1016/j.ecoenv.2008.12.014
  21. ^ Turton, AR 2015. Sentado sobre los cuernos de un dilema: el agua como recurso estratégico en Sudáfrica. En @Liberty, N.º 6, número 22. Johannesburgo: Instituto Sudafricano de Relaciones Raciales. Disponible en línea http://irr.org.za/reports-and-publications/atLiberty/files/liberty-2013-sitting-on-the-horns-of-a-dilemma-2013-water-as-a-strategic-resource-in-south-africa Archivado el 4 de octubre de 2017 en Wayback Machine.
  22. ^ Stephens, Tim (10 de septiembre de 2010). "Muertes de nutrias marinas vinculadas a toxinas de bacterias de agua dulce". UC Santa Cruz Newscenter.
  23. ^ Miller, Melissa (10 de septiembre de 2010). "Evidencia de una nueva floración de algas marinas nocivas: transferencia de cianotoxina (microcistina) de la tierra a las nutrias marinas". PLOS ONE . ​​5 (9): e12576. Bibcode :2010PLoSO...512576M. doi : 10.1371/journal.pone.0012576 . PMC 2936937 . PMID  20844747. 
  24. ^ Qiu, Huimin (15 de marzo de 2013). "Respuestas fisiológicas y bioquímicas de Microcystis aeruginosa al glifosato y su formulación Roundup®". Journal of Hazardous Materials . 248–249: 172–176. doi :10.1016/j.jhazmat.2012.12.033. PMID  23357506.
  25. ^ López-Rodas, Victoria; Flores-Moya, Antonio; Maneiro, Emilia; Perdigones, Nieves; Marva, Fernando; García, Marta E.; Costas, Eduardo (1 de julio de 2007). "Resistencia al glifosato en la cianobacteria Microcystis aeruginosa como resultado de mutaciones preselectivas". Ecología Evolutiva . 21 (4): 535–547. doi :10.1007/s10682-006-9134-8. S2CID  21762370.
  26. ^ Saxton, Matthew A.; Morrow, Elizabeth A.; Bourbonniere, Richard A.; Wilhelm, Steven W. (2011). "Influencia del glifosato en la estructura de la comunidad de fitoplancton en el lago Erie". Revista de investigación de los Grandes Lagos . 37 (4): 683–690. Bibcode :2011JGLR...37..683S. doi :10.1016/j.jglr.2011.07.004.