Microcystis aeruginosa

Microcystis aeruginosa
Taxonomía
Dominio: Bacteria
Filo: Cyanobacteria
Clase: Cyanophyceae
Orden: Chroococcales
Familia: Microcystaceae
Género: Microcystis
Especie: Microcystis aeruginosa
Kützing, 1846
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Microcystis aeruginosa es una especie de cianobacteria de agua dulce que puede formar floraciones de algas nocivas de importancia económica y ecológica. Son la proliferación 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 microcistina, siendo la microcistina-LR la más común.[2]​Se han informado floraciones de Microcystis en al menos 108 países, y se ha observado la producción de microcistina en al menos 79.[3]​

Características

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Imagen NOAA MERIS de una gran floración de cianobacterias clasificada como M. aeruginosa [4]​
Brote de Microcystis aeruginosa en el lago Alberto en Wagga Wagga, Australia

Como implica la derivación etimológica, Microcystis se caracteriza por pequeñas pocos micrómetros de diámetro, careciendo de vainas individuales.[5]​

Las células pueden organizarse en colonias, que comienzan con una forma esférica, pero pierden su coherencia y con el tiempo se perforan o adquieren formas irregulares en el cultivo. La evidencia reciente nos sugiere que la principal causa en la formación de colonias es la perturbación y mezcla de la columna de agua.[6]​

El protoplasto es de color azul verdoso claro y puede ser oscuro o marrón por los efectos ópticos de las vesículas llenas de gas; esto puede resultar útil como característica distintiva cuando se utiliza microscopía óptica. Estas vesículas proporcionan la flotabilidad necesaria para que M. aeruginosa permanezca 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

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

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M. aeruginosa puede llegar a producir tanto neurotoxinas(lipopolisacáridos -LPS)[10]​como hepatotoxinas (microcistinas).

Importancia económica

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La producción de toxina microcistina de M. aeruginosa en condiciones ambientales adecuadas, puede llegar a ser una fuente de contaminación del agua potable.[11]​Las medidas de mitigación y la calidad del agua en forma de instalaciones de filtración de agua pueden ser más costosos en términos económicos, así como daños al turismo local causados por el cierre u obstrucción 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 ha sido objeto de investigación sobre la producción natural de hidroxitolueno butilado (BHT),[17]​un antioxidante, aditivo alimentario y un químico industrial. Además se pueden aislar péptidos bioactivos conocidos como aeruciclamidas de M. aeruginosa.[18]​[19]​

Importancia ecológica

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En 2009, hubo mortalidad de mamíferos sin precedentes en la parte sur del Parque Nacional Kruger que llevó a una investigación que implicaba a M. aeruginosa . Entre los animales en defunción se encontraban herbívoros y exploradores, que preferían beber en un punto natural de acumulación de floraciones de Microcystis a la deriva. Los mamíferos como ciertos elefantes y los búfalos, que normalmente se sumergen en el agua, no se vieron afectados, al igual que los cocodrilos residentes. La mayor fuente de nutrientes de dicha cianobacteria se redujo al estiércol y la orina de gran parte de hipopótamos residentes, que no fueron afectados. El principal problema se resolvió rompiendo los muros de la presa y drenando el agua. M. aeruginosa es la cianobacterias más abundante en Sudáfrica, con cepas tanto tóxicas como inofensivas. Algunos cuerpos de agua sudafricanas están hoy día muy contaminadas, principalmente por flujos de retorno de obras de tratamiento de aguas residuales disfuncionales que descargan más de aguas residuales no tratadas o, en el mejor de los casos, parcialmente tratadas, en los ríos receptores cada día, siendo la presa de Hartebeestpoort una de las peores.

La microcistina se ha relacionado con la muerte de nutrias marinas en 2010, una especie estaba bajo amenaza en Estados Unidos.[20]​El envenenamiento seguramente fue debido al consumo de bivalvos contaminados que a menudo son consumidos por nutrias marinas y humanos. Estos bivalvos de la zona exhibieron una biomagnificación significativa (107 veces los niveles del agua ambiente) de microcistina.[21]​

Metabolismo del glifosato

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La proliferación de algas de cianobacterias prospera gracias a su gran contenido de fósforo de la escorrentía agrícola. Además de consumir fósforo, M. aeruginosa prospera con glifosato, aunque en altas concentraciones pueden inhibirlo.[22]​M. aeruginosa ha mostrado ser resistente al glifosato como resultado de mutaciones preselectivas, y la presencia de glifosato es una ventaja para este y otros microbios que pueden tolerar sus efectos, al tiempo que mata a los menos tolerantes. [23]​En contraste, la investigación en el lago Erie ha sugerido que el glifosato puede provocar la proliferación de otra cianobacteria, Planktothrix, en lugar de Microcystis .[24]​

Referencias

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  1. ↑ Tooming-Klunderud, Ave (2007). On the Evolution of Nonribosomal Peptide Synthetase Gene Clusters in Cyanobacteria. University of Oslo. 
  2. ↑ Harke, Matthew J.; Steffen, Morgan M.; Gobler, Christopher J.; Otten, Timothy G.; Wilhelm, Steven W.; Wood, Susanna A.; Paerl, Hans W. (2016). «A review of the global ecology, genomics, and biogeography of the toxic cyanobacterium, Microcystis spp.». Harmful Algae (en inglés) 54: 4-20. PMID 28073480. doi:10.1016/j.hal.2015.12.007. 
  3. ↑ Harke, Matthew J.; Steffen, Morgan M.; Gobler, Christopher J.; Otten, Timothy G.; Wilhelm, Steven W.; Wood, Susanna A.; Paerl, Hans W. (2016). «A review of the global ecology, genomics, and biogeography of the toxic cyanobacterium, Microcystis spp.». Harmful Algae (en inglés) 54: 4-20. PMID 28073480. doi:10.1016/j.hal.2015.12.007. 
  4. ↑ «Ecosystem Research and Harmful Algal Blooms». Center of Excellence for Great Lakes and Human Health. NOAA. Archivado desde el original el 27 de septiembre de 2011. Consultado el 27 de junio de 2011. 
  5. ↑ «Cyanobacteria: Microcystis». The Silica Secchi Disk. Connecticut College: The SilicaSecchi Disk. 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 et al. (2019). «Effects of mixing intensity on colony size and growth of Microcystis aeruginosa». Annales de Limnologie - International Journal of Limnology 55: 12. ISSN 0003-4088. doi:10.1051/limn/2019011. 
  7. ↑ Paerl, H. W.; Huisman, J. (4 de abril de 2008). «Blooms Like It Hot». Science (en inglés) 320 (5872): 57-58. ISSN 0036-8075. PMID 18388279. doi:10.1126/science.1155398. 
  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). «Seasonally Relevant Cool Temperatures Interact with N Chemistry to Increase Microcystins Produced in Lab Cultures of Microcystis aeruginosa NIES-843». Environmental Science & Technology (en inglés) 52 (7): 4127-4136. Bibcode:2018EnST...52.4127P. ISSN 0013-936X. PMID 29522323. doi:10.1021/acs.est.7b06532. 
  9. ↑ Myriophyllum spicatum-released allelopathic polyphenols inhibiting growth of blue-greenalgaeMicrocystis aeruginosa. Satoshi Nakai, Yutaka Inoue, Masaaki Hosomi and Akihiko Murakami, Water Research, Volume 34, Issue 11, 1 August 2000, Pages 3026–3032, doi 10.1016/S0043-1354(00)00039-7
  10. ↑ Mayer, Alejandro M. S.; Jonathan A. Clifford (May 2011). «Cyanobacterial Microcystis aeruginosa Lipopolysaccharide Elicits Release of Superoxide Anion, Thromboxane B2, Cytokines, Chemokines, and Matrix Metalloproteinase-9 by Rat Microglia». Toxicological Sciences 121 (1): 63-72. PMID 21362633. doi:10.1093/toxsci/kfr045. Archivado desde el original el 15 de abril de 2013. Consultado el 25 de junio de 2011. 
  11. ↑ «Cyanobacterial Toxins: Microcystin-LR in drinking water». Background document for development of WHO Guidelines for Drinking Water Quality. World Health Organization (WHO). Consultado el 24 de junio de 2011. 
  12. ↑ Somek, Hasim. «A Case Report: Algal Bloom of Microcystis aeruginosa in a Drinking-Water Body, Eğirdir Lake, Turkey». Turkish Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. Archivado desde el original 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). «Environmental issues of Lake Taihu, China». Hydrobiologia (en inglés) 581 (1): 3-14. ISSN 0018-8158. doi:10.1007/s10750-006-0521-5. 
  14. ↑ Steffen, Morgan M.; Davis, Timothy W.; McKay, R. Michael L.; Bullerjahn, George S.; Krausfeldt, Lauren E.; Stough, Joshua M.A.; Neitzey, Michelle L.; Gilbert, Naomi E. et al. (2017). «Ecophysiological Examination of the Lake Erie Microcystis Bloom in 2014: Linkages between Biology and the Water Supply Shutdown of Toledo, OH». Environmental Science & Technology (en inglés) 51 (12): 6745-6755. Bibcode:2017EnST...51.6745S. ISSN 0013-936X. PMID 28535339. doi:10.1021/acs.est.7b00856. 
  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). «Nitrogen limitation, toxin synthesis potential, and toxicity of cyanobacterial populations in Lake Okeechobee and the St. Lucie River Estuary, Florida, during the 2016 state of emergency event». En Miller, Todd, ed. PLOS ONE (en inglés) 13 (5): e0196278. Bibcode:2018PLoSO..1396278K. ISSN 1932-6203. PMC 5965861. PMID 29791446. doi:10.1371/journal.pone.0196278. 
  16. ↑ Steffen, Morgan M.; Zhu, Zhi; McKay, Robert Michael L.; Wilhelm, Steven W.; Bullerjahn, George S. (2014). «Taxonomic assessment of a toxic cyanobacteria shift in hypereutrophic Grand Lake St. Marys (Ohio, USA)». Harmful Algae (en inglés) 33: 12-18. doi:10.1016/j.hal.2013.12.008. 
  17. ↑ Babu B, Wu JT (December 2008). «Production of Natural Butylated Hydroxytoluene as an Antioxidant by Freshwater Phytoplankton». Journal of Phycology 44 (6): 1447-1454. PMID 27039859. doi:10.1111/j.1529-8817.2008.00596.x. Archivado desde el original el 4 de abril de 2014. Consultado el 25 de junio de 2024. 
  18. ↑ Portmann C, Blom JF, Gademann K, Jüttner F (July 2008). «Aerucyclamides A and B: isolation and synthesis of toxic ribosomal heterocyclic peptides from the cyanobacterium Microcystis aeruginosa PCC 7806». Journal of Natural Products 71 (7): 1193-6. PMID 18558743. doi:10.1021/np800118g. 
  19. ↑ Portmann C, Blom JF, Kaiser M, Brun R, Jüttner F, Gademann K (November 2008). «Isolation of aerucyclamides C and D and structure revision of microcyclamide 7806A: heterocyclic ribosomal peptides from Microcystis aeruginosa PCC 7806 and their antiparasite evaluation». Journal of Natural Products 71 (11): 1891-6. PMID 18973386. doi:10.1021/np800409z. 
  20. ↑ Stephens, Tim (10 de septiembre de 2010). «Sea otter deaths linked to toxin from freshwater bacteria». UC Santa Cruz Newscenter. 
  21. ↑ Miller, Melissa (10 de septiembre de 2010). «Evidence for a Novel Marine Harmful Algal Bloom: Cyanotoxin (Microcystin) Transfer from Land to Sea Otters». PLOS ONE 5 (9): e12576. Bibcode:2010PLoSO...512576M. PMC 2936937. PMID 20844747. doi:10.1371/journal.pone.0012576. 
  22. ↑ Qiu, Huimin (15 de marzo de 2013). «Physiological and biochemical responses of Microcystis aeruginosa to glyphosate and its Roundup® formulation». Journal of Hazardous Materials. 248–249: 172-176. PMID 23357506. doi:10.1016/j.jhazmat.2012.12.033. 
  23. ↑ López-Rodas, Victoria; Flores-Moya, Antonio; Maneiro, Emilia; Perdigones, Nieves; Marva, Fernando; García, Marta E.; Costas, Eduardo (1 de julio de 2007). «Resistance to glyphosate in the cyanobacterium Microcystis aeruginosa as result of pre-selective mutations». Evolutionary Ecology 21 (4): 535-547. doi:10.1007/s10682-006-9134-8. 
  24. ↑ Saxton, Matthew A.; Morrow, Elizabeth A.; Bourbonniere, Richard A.; Wilhelm, Steven W. (2011). «Glyphosate influence on phytoplankton community structure in Lake Erie». Journal of Great Lakes Research (en inglés) 37 (4): 683-690. Bibcode:2011JGLR...37..683S. doi:10.1016/j.jglr.2011.07.004.