Variabilidade espacial e temporal de cianobactérias em dois reservatórios subtropicais: composição da comunidade, análises moleculares e de cianotoxinas. (2020)
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Spatio and temporal variability of cyanobacteria in two subtropical reservoirs: community composition, molecular and cyanotoxin analyses.
Munique de Almeida Bispo Moraes
RESUMO
Cianobactérias tóxicas em reservatórios de abastecimento público de água representam um sério risco à saúde, pois podem liberar cianotoxinas na água. Entre as cianotoxinas produzidas por cianobactérias estão a microcistina (MC – hepatotoxina) e a saxitoxina (STX – neurotoxina).
Considerando que essas duas toxinas são recorrentes em sistemas hídricos brasileiros, o principal objetivo desta pesquisa de doutorado foi avaliar o efeito de variáveis ambientais sobre a composição, abundância e toxicidade de comunidades de cianobactérias nos reservatórios subtropicais de Itupararanga e Lobo (Estado de São Paulo, Brasil), a fim de gerar informações que auxiliem no monitoramento adequado desses ecossistemas aquáticos e na minimização dos riscos à saúde pública.
Amostras de água foram coletadas nas zonas ribeirinhas e de barragem de ambos os reservatórios, em duas profundidades, nos meses de maio, agosto e outubro de 2017 e janeiro de 2018. A ocorrência de cianobactérias potencialmente produtoras de saxitoxina e microcistina foi determinada por análise microscópica e ensaios de PCR quantitativos, através da detecção dos genes sxtA e mcyE , respectivamente.
As concentrações de MC e STX foram medidas por ELISA. A presença de cianobactérias produtoras de microcistina e saxitoxina em ambos os reservatórios foi confirmada pela detecção dos genes mcyE e sxtA , respectivamente. Entre os gêneros de cianobactérias identificados, Aphanizomenon, Geitlerinema, Phormidium e Raphidiopsis foram considerados como potenciais produtores de MC e STX nos reservatórios. O biovolume de cianobactérias no reservatório de Itupararanga foi maior do que no reservatório de Lobo.
Em janeiro de 2018, o biovolume de cianobactérias na zona da barragem do reservatório de Itupararanga representava mais de 60% do biovolume total do fitoplâncton, sendo a cianobactéria mais dominante a Raphidiopsis raciborskii . No reservatório de Lobo, a maior contribuição de cianobactérias foi de 12% na zona da barragem em maio de 2017. Concentrações de microcistina e saxitoxina foram detectadas nos dois reservatórios subtropicais.
Durante a maior parte do período de estudo, as concentrações de cianotoxinas estiveram abaixo do limite máximo permitido pelo Ministério da Saúde para o abastecimento público de água. No entanto, as concentrações de microcistina excederam o limite permitido para água potável para consumo humano em duas amostras (maio de 2017 na zona da barragem do reservatório de Lobo), representando um risco para a população local. A ocorrência de toxinas nos reservatórios foi influenciada por diferentes variáveis ambientais, mas os resultados mostraram que os nutrientes desempenharam um papel importante, uma vez que a limitação de nitrogênio e fósforo pareceu ser responsável pelo aumento na produção de toxinas.
O mcyE e sxtAOs genes apresentaram correlação direta com as concentrações de microcistina e saxitoxina em ambos os reservatórios, sugerindo que a qPCR associada a ELISA/LC-MS pode ser usada como uma ferramenta rápida e confiável para monitorar a ocorrência de cianobactérias tóxicas em amostras ambientais.
Palavras-chave: Gene mcyE, Gene sxtA, Microcistina, PCR quantitativo, Reservatório de Itupararanga, Reservatório do Lobo, Saxitoxina
ABSTRACT
Toxic cyanobacteria in public water supply reservoirs represent a serious health risk since they can release cyanotoxins into the water. Among the cyanotoxins produced by cyanobacteria are microcystin (MC – hepatotoxin) and saxitoxin (STX – neurotoxin).
Considering that these two toxins are recurrent in Brazilian water systems, the main objective of this doctoral research was to assess the effect of environmental variables on the composition, abundance and toxicity of cyanobacterial communities in the subtropical reservoirs Itupararanga and Lobo (São Paulo State, Brazil) in order to generate information to help on the proper monitoring of these aquatic ecosystems and minimize the risks to the public health. Water samples were collected in the riverine and dam zones from both reservoirs at two depths in May, August and October 2017 and January 2018.
Occurrences of potentially saxitoxin- and microcystin- producing cyanobacteria were determined by microscope analysis and quantitative PCR assays through the detection of sxtA and mcyE genes, respectively. Concentrations of MC and STX were measured through ELISA. Presence of microcystin- and saxitoxin-producing cyanobacteria in both reservoirs was confirmed by the detection of mcyE and sxtA genes, respectively. Among the identified genera of cyanobacteria, Aphanizomenon, Geitlerinema, Phormidium and Raphidiopsis were considered as the potential producers of MC and STX in the reservoirs.
The cyanobacterial biovolume in Itupararanga reservoir was higher than in Lobo reservoir. In January 2018, the cyanobacterial biovolume in the dam zone of Itupararanga reservoir constituted more than 60% of total phytoplankton biovolume, and the most dominant cyanobacterium was Raphidiopsis raciborskii. In Lobo reservoir the highest contribution of cyanobacteria was 12% in the dam zone in May 2017.
Microcystin and saxitoxin concentrations were detected in the two subtropical reservoirs. For most of the study period, cyanotoxin concentrations were below the maximum limit allowed by the Ministry of Health for public water supply. Nevertheless, MC concentrations exceeded the limit allowed in drinking water for human consumption in two samples (May 2017 in the dam zone of Lobo reservoir), posing a risk to the local people.
The occurrence of toxins in the reservoirs was influenced by different environmental variables, but the results showed that nutrients played an important role in their occurrence since the nitrogen and phosphorus limitation appeared to be responsible for the increase in toxin production. The mcyE and sxtA genes were directly correlated with microcystin and saxitoxin concentrations in both reservoirs, suggesting that qPCR associated with ELISA/LC-MS can be used as a fast and reliable tool to monitor the occurrence of toxic cyanobacteria in environmental samples.
Keywords: Gene mcyE, Gene sxtA, Microcistina, PCR quantitativo, Reservatório de Itupararanga, Reservatório do Lobo, Saxitoxina
