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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 verdiazules . [3] Hasta ahora se han descubierto más de 250 microcistinas diferentes, de las cuales la microcistina-LR es la más común. Químicamente son heptapéptidos cíclicos producidos a través de péptidos sintasas no ribosomales .

Las cianobacterias pueden producir microcistinas en grandes cantidades durante la proliferación de algas , lo que representa una gran amenaza para el suministro de agua potable y de riego, y para el medio ambiente en general. [4] [5]

Características

Estructura química de la microcistina-LR.

Las microcistinas (o cianoginosinas) son una clase de toxinas [6] producidas por ciertas cianobacterias de agua dulce ; principalmente Microcystis aeruginosa pero también otros Microcystis , así como miembros de los géneros Planktothrix , Anabaena , Oscillatoria y Nostoc . Hasta ahora se han descubierto más de 250 [7] microcistinas diferentes, de las cuales la microcistina-LR es la más común. Químicamente son heptapéptidos cíclicos producidos a través de péptidos sintasas no ribosomales . [8]

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] 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 un marco estructural 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; A continuación se asigna el nombre sistemático "microcistina- XZ " ( abreviado MC- XZ ) basándose en los códigos de una letra (si están disponibles; en caso contrario, códigos más largos) de los aminoácidos. [7] Si la molécula muestra alguna otra modificación, las diferencias se indican entre corchetes antes de "MC". [7] De estos, varios son aminoácidos no proteinogénicos poco comunes : [17]

Mecanismo de acción

Las microcistinas se unen covalentemente e inhiben las proteínas fosfatasas PP1 y PP2A y, por lo tanto, pueden causar panesteatitis . [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 fotosintetizadora

Microcystis , productora de microcistina , es un género de cianobacterias de agua dulce y prospera en condiciones de agua cálida, especialmente en aguas estancadas. [5] La EPA predijo en 2013 que el cambio climático y las condiciones ambientales cambiantes pueden conducir al crecimiento de algas nocivas y pueden afectar negativamente a la salud humana. [20] El crecimiento de algas también se fomenta mediante el proceso de eutrofización (sobreoferta de nutrientes). [5] 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 niveles bajos 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 aumentar la producción de microcistina al mejorar la fotosíntesis de la bacteria y, por lo tanto, producir suficiente ATP para la biosíntesis de MC. [24]

La producción de microcistina también se correlaciona 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

Hay varias formas de exposición a estas hepatotoxinas que los humanos pueden encontrar, una de las cuales es a través de actividades recreativas como nadar, surfear, pescar y otras actividades que involucran contacto directo con agua contaminada. [28] Otra ruta 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 por hemodiálisis fue estudiado en Brasil, donde el 48% de los pacientes que recibieron la cirugía en un período de tiempo específico murieron porque el agua utilizada en el procedimiento se encontró 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] La proliferación de algas y bacterias productoras de microcistina puede abrumar la capacidad de filtración de las plantas de tratamiento de agua . Alguna evidencia muestra que la toxina puede transportarse mediante irrigación a la cadena alimentaria. [32] [33]

El lago Erie florece

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

En agosto de 2014, la ciudad de Toledo, Ohio, detectó niveles peligrosos de microcistina en su suministro de agua debido a la proliferación de algas nocivas en el lago Erie, el menos profundo de los Grandes Lagos . La ciudad emitió un aviso a aproximadamente 500.000 personas de que el agua no era segura para beber o cocinar. [34] [35] Un grupo de trabajo del estado de Ohio descubrió que el lago Erie recibió más fósforo que cualquier otro Gran Lago, tanto de las tierras de cultivo, debido a las prácticas agrícolas, como de los centros urbanos de tratamiento de agua. [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 debido a la escorrentía de agua dulce, exacerbada 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, lo que equivale a 0,3 partes por mil millones 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 a su paso por Portland . [38] El aviso afectó al Willamette desde la laguna de la isla Ross hasta Cathedral Park . [39] Las pruebas realizadas por el DEQ mostraron niveles de microcistina de 549 ppb. [38]

Efectos sobre la salud humana tras la exposición.

Las microcistinas no pueden ser descompuestas por proteasas estándar como pepsina , tripsina , colagenasa y quimotripsina debido a su naturaleza química cíclica. [30] Son hepatotóxicos , es decir, capaces de provocar graves daños en el 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 una parte permanece en el torrente sanguíneo y puede contaminar el tejido. [40] [41] [ página necesaria ] Los efectos agudos sobre la salud de Microcystin-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 se produce en el tracto gastrointestinal. [28] Además, se descubrió que estas hepatotoxinas inhiben la actividad de las enzimas proteicas fosfatasa PP1 y PP2A, lo que provoca un shock hemorrágico y se encontró que mataban en 45 minutos en estudios con ratones. [43]

There appears to be inadequate information to assess the carcinogenic potential of microcystins by applying EPA Guidelines for Carcinogen Risk Assessment. A few studies suggest a relationship may exist between liver and colorectral cancers and the occurrence of cyanobacteria in drinking water in China.[44][45][46][47][48][49] Evidence is, however, limited due to limited ability to accurately assess and measure exposure.

Regulation

In the US, the EPA issued a health advisory in 2015.[50] A ten day Health Advisory was calculated for different ages which is considered protective of non-carcinogenic adverse health effects over a ten-day exposure to microcystins in drinking water: 0.3 μg/L for bottle-fed infants and young children of pre-school age and 1.6 μg/L for children of school age through adults.[50]: 28–29 

See also

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Otras lecturas

enlaces externos