Dinámica de cianobacterias en un embalse eutrófico tropical: exploración de un factores ambientales y toxicidad de floraciones

Abstract

Las floraciones de cianobacterias causan olores y sabores desagradables, anoxia, toxicidad y afectan la cadena alimentaria, teniendo un impacto negativo en la salud humana y la ecología acuática. Estas floraciones incluyen géneros como Dolichospermum, Phormidium, Aphanizomenon, Microcystis, así como formadores de tapetes como Cylindrospermopsis y Oscillatoria, produciendo una variedad de toxinas. Estos organismos se benefician de condiciones con exceso de nutrientes y muestran resistencia a condiciones extremas, como altos niveles de luz, altas temperaturas y períodos intermitentes de escasez de nutrientes. El estudio del comportamiento de cianobacterias en el embalse El Guájaro ha permitido identificar patrones de sucesión y recambio de poblacionales, según factores fisicoquímicos que generan procesos complejos relacionados con los patrones de lluvia y sequía de la región. Con relación a la producción de cianotoxinas, aún no se comprenden completamente las condiciones que la favorecen la producción de las microcistinas, por muchas especies de cianobacterias. Las microcistinas (MCs) altamente tóxicas realizan interacciones complejas con muchas proteínas que inducen a la alteración celular, conduciendo al desarrollo de varias enfermedades incluyendo el cáncer. Existe una diversidad y complejidad química entre los congéneres de las microcistinas, que dificulta identificar los efectos tóxicos dependientes de la estructura y del tiempo de exposición. Es por esto que esta investigación se enfoca en analizar la variaciones espaciotemporales de las cianobacterias planctónicas por un periodo de 5 años, realizando una asociación entre los parámetros fisicoquímicos de interés, y la abundancia y dominancia de algunos taxones. Teniendo en cuenta la dominancia de especies productoras de toxinas y generadoras de floraciones, se realizó un análisis in silico de las interacciones moleculares de las variantes de microcistinas MC-LA, MC-LR, MC-RR y MC-LY, utilizando AutoDock Vina para evaluar la interacción de las toxinas con 1000 proteínas relacionadas con diferentes funciones biológicas. Esto con el fin de determinar la asociación de especies tóxicas con los efectos de exposición. Los resultados muestran que las alteraciones bioquímicas y moleculares asociadas a las MCs pueden ser explicadas por las interacciones virtuales encontradas en este estudio. Las afinidades asociadas a nuevas dianas moleculares podrían explicar las vías que no extinguen las señales antiapoptóticas, o que aceleran el daño celular irreversible generado por estas toxinas, y los eventos que conducen a respuestas complejas, acelerando el autodeterioro. Se sugiere que existe un riesgo igual o incluso mayor por los efectos adversos tras la exposición a MC-LA y MC-LY en comparación con MC-LR, teniendo en cuenta el gran número de posibles dianas moleculares y la fuerte afinidad teórica a diversas enzimas metabólicas importantes. Se identificó un total de 86 especies de 12 órdenes y 42 géneros; el 44% de estas especies se consideraron potencialmente tóxicas. Se identificó un predominio significativo de especies filamentosas, en particular Pseudanabaena y Phormidium, como los géneros más frecuentes y abundantes. Los resultados revelan distintos patrones de distribución y abundancia influidos por las fluctuaciones estacionales. Durante la estación seca de 2019 se produjo una floración notable, codominada por Microcystis y Dolichospermum, que provocó la muerte del ganado y otros animales, en la zona norte del embalse. Es imperativo adoptar medidas urgentes de gobernanza y estrategias de control para mitigar el impacto sanitario de tales floraciones.