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Microcistina

Lago Erie en octubre de 2011, durante una intensa floración de cianobacterias [1] [2]

Las microcistinas —o cianoginosinas— son una clase de toxinas producidas por ciertas cianobacterias de agua dulce, comúnmente conocidas como algas verdeazuladas . [3] Hasta ahora se han descubierto más de 250 [4] microcistinas diferentes, de las cuales la microcistina-LR es la más común. Químicamente son heptapéptidos cíclicos producidos a través de sintetasas de péptidos no ribosómicos . [5]

Las cianobacterias pueden producir microcistinas en grandes cantidades durante las floraciones de algas, lo que luego representa una amenaza importante para el suministro de agua potable y de riego, y para el medio ambiente en general. [6] [7]

Características

Estructura química de la microcistina-LR

Las microcistinas, o cianoginosinas, son una clase de toxinas [8] producidas por ciertas cianobacterias de agua dulce ; principalmente Microcystis aeruginosa , pero también otras Microcystis , así como miembros de los géneros Planktothrix , Anabaena , Oscillatoria y Nostoc .

La microcistina-LR (es decir, X = leucina, Z = arginina) es la forma más tóxica de más de 80 variantes tóxicas conocidas, y también es la más estudiada por químicos, farmacólogos, biólogos y ecologistas. Las "floraciones" que contienen microcistina son un problema en todo el mundo, incluidos China, Brasil, Australia, Sudáfrica, [9] [10] [ 11] [12] [13] [14] [15] [16] los Estados Unidos y gran parte de Europa. La presa Hartebeespoort en Sudáfrica es uno de los sitios más contaminados de África y posiblemente del mundo.

Química

Las microcistinas tienen una estructura común de D-Ala 1 - X 2 - D-Masp 3 - Z 4 -Adda 5 -D-γ-Glu 6 - Mdha 7 , donde X y Z son aminoácidos variables; el nombre sistemático "microcistina- XZ " (MC- XZ para abreviar) se asigna en función de los códigos de una letra (si están disponibles; códigos más largos en caso contrario) de los aminoácidos. [4] Si la molécula muestra cualquier otra modificación, las diferencias se indican entre corchetes antes de "MC". [4] De estos, varios son aminoácidos no proteinogénicos poco comunes : [17]

Mecanismo de acción

Las microcistinas se unen covalentemente a las fosfatasas proteicas PP1 y PP2A y las inhiben, por lo que pueden causar pansteatitis . [17] El residuo de ADDA es clave para esta funcionalidad: análogos sintéticos muy simplificados que consisten en ADDA y un aminoácido adicional pueden mostrar la misma función inhibidora. [19]

Factores que afectan la producción

Un cultivo de M. aeruginosa , una bacteria fotosintética.

Microcystis, un género de cianobacterias de agua dulce que produce microcistina , prospera en aguas cálidas, especialmente en aguas estancadas. [7] La ​​EPA predijo en 2013 que el cambio climático y las condiciones ambientales cambiantes pueden provocar el crecimiento de algas nocivas y afectar negativamente la salud humana. [20] El crecimiento de algas también se ve fomentado por el proceso de eutrofización (exceso de oferta de nutrientes). [7] En particular, el fósforo reactivo disuelto promueve el crecimiento de algas. [21] [ se necesita una mejor fuente ]

Las microcistinas pueden haber evolucionado como una forma de lidiar con el bajo suministro de hierro en las cianobacterias: la molécula se une al hierro, y las cepas que no producen son significativamente peores para lidiar con los bajos niveles de hierro. [22] El bajo suministro de hierro regula positivamente McyD , uno de los operones sintéticos de microcistina. [23] Sin embargo, un suministro suficiente de hierro aún puede impulsar la producción de microcistina al hacer que la bacteria sea mejor en la fotosíntesis, produciendo así suficiente ATP para la biosíntesis de MC. [24]

La producción de microcistina también está correlacionada positivamente con la temperatura. [25] La luz brillante y la luz roja aumentan la transcripción de McyD , pero la luz azul la reduce. [26] Una amplia gama de otros factores como el pH también pueden afectar la producción de MC, pero la comparación es complicada debido a la falta de condiciones de prueba estándar. [27]

Vías de exposición

Existen varias formas de exposición a estas hepatotoxinas que los humanos pueden encontrar, una de las cuales es a través de actividades recreativas como la natación, el surf, la pesca y otras actividades que implican el contacto directo con agua contaminada. [28] Otra vía de exposición poco común, pero extremadamente tóxica, que ha sido identificada por los científicos es a través de cirugías de hemodiálisis. Uno de los casos fatales de intoxicación microquística a través de hemodiálisis se estudió en Brasil, donde el 48% de los pacientes que recibieron la cirugía en un período de tiempo específico murieron porque se encontró que el agua utilizada en el procedimiento estaba contaminada. [29]

Las microcistinas son químicamente estables en un amplio rango de temperatura y pH , posiblemente como resultado de su estructura cíclica. [30] La contaminación del agua con microcistina-LR es resistente a los tratamientos de ebullición y microondas. [31] Las floraciones de algas bacterianas productoras de microcistina pueden sobrepasar las capacidades de filtrado de las plantas de tratamiento de agua . Algunas evidencias muestran que la toxina puede ser transportada por irrigación a la cadena alimentaria. [32] [33]

El lago Erie florece

En 2011, se produjo un brote récord de microcystis floreciente en el lago Erie , en parte relacionado con la primavera más lluviosa registrada, y amplió las zonas muertas del fondo del lago, redujo las poblaciones de peces, ensució las playas y dañó la industria turística local, que genera más de 10 mil millones de dólares en ingresos anuales. [1]

En agosto de 2014, la ciudad de Toledo, Ohio, detectó niveles peligrosos de microcistina en su suministro de agua debido a floraciones de algas nocivas en el lago Erie, el más superficial de los Grandes Lagos . La ciudad emitió un aviso a aproximadamente 500.000 personas indicando que el agua no era segura para beber ni cocinar. [34] [35] Un grupo de trabajo del estado de Ohio descubrió que el lago Erie recibía más fósforo que cualquier otro de los Grandes Lagos, tanto de tierras de cultivo, debido a las prácticas agrícolas, como de centros de tratamiento de agua urbanos. [21]

Área de la Bahía de San Francisco

En 2016, se encontró microcistina en mariscos del área de la Bahía de San Francisco en agua de mar, aparentemente proveniente de la escorrentía de agua dulce, agravada por la sequía . [36]

Iowa

En 2018, el Departamento de Recursos Naturales de Iowa encontró microcistinas en niveles de 0,3 µg/L, o microgramos por litro ( ppb ), en los suministros de agua cruda de 15 de los 26 sistemas de agua públicos analizados. [37]

Oregón

En 2023, el Departamento de Calidad Ambiental de Oregón (DEQ) y la Autoridad de Salud de Oregón emitieron un aviso de cianobacterias para gran parte del río Willamette en su recorrido por Portland . [38] El aviso afectó al Willamette desde la laguna de Ross Island hasta Cathedral Park . [39] Las pruebas realizadas por el DEQ mostraron niveles de microcistina de 549 ppb. [38]

Efectos sobre la salud humana por exposición

Las microcistinas no pueden descomponerse por las proteasas estándar como la pepsina , la tripsina , la colagenasa y la quimotripsina debido a su naturaleza química cíclica. [30] Son hepatotóxicas , es decir, capaces de causar daños graves al hígado . Una vez ingerida, la microcistina viaja al hígado a través del sistema de transporte de ácidos biliares, donde se almacena la mayor parte, aunque algo permanece en el torrente sanguíneo y puede contaminar el tejido. [40] [41] [ página necesaria ] Los efectos agudos para la salud de la microcistina-LR son dolor abdominal, vómitos y náuseas, diarrea, dolor de cabeza, ampollas alrededor de la boca y, después de la inhalación, dolor de garganta, tos seca y neumonía. [42] [29]

Los estudios sugieren que la absorción de microcistinas ocurre en el tracto gastrointestinal. [28] Además, se encontró que estas hepatotoxinas inhiben la actividad de las enzimas proteicas fosfatasa PP1 y PP2A causando un choque hemorrágico y se encontró que mataban en 45 minutos en estudios con ratones. [43]

Parece que no hay suficiente información para evaluar el potencial carcinógeno de las microcistinas aplicando las directrices de la EPA para la evaluación del riesgo de carcinógenos. Algunos estudios sugieren que puede existir una relación entre los cánceres de hígado y colorrectal y la aparición de cianobacterias en el agua potable en China. [44] [45] [46] [47] [48] [49] Sin embargo, la evidencia es limitada debido a la capacidad limitada para evaluar y medir con precisión la exposición.

Regulación

En los EE. UU., la EPA emitió un aviso de salud en 2015. [50] Se calculó un aviso de salud de diez días para diferentes edades que se considera protector de los efectos adversos para la salud no cancerígenos durante una exposición de diez días a microcistinas en el agua potable: 0,3 μg/L para bebés alimentados con biberón y niños pequeños en edad preescolar y 1,6 μg/L para niños en edad escolar hasta adultos. [50] : 28–29 

Véase también

Referencias

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Lectura adicional

Enlaces externos