Cianobacterias o algas verde-azules

Prof. Patricia Gmez V.Departamento de Botnica

Facultad de Ciencias Naturales y Oceanogrficas

www.ficolab.cl

Procariontes, carecen de organelos (con 2 membranas)

No tienen ncleoPero s tienen ADN y ARN

Otros constituyentes:Seudovacuolas, pared celular, molculas de reserva para N, P y C.

CIANOBACTERIAS = CYANOPHYTA= Algas verde-azules

Poseen ribosomas bacterianos (70S)

No tienen mitocondriasPero s tienen cadena respiratoria asociada a membranas.

No tienen cloroplastosPero s tienen tilacoides con ficobilisonas

Microcystis

Oscillatoria

Arthrospira Anabaena

Nostoc

Trichodesmium Synechococcus

Prochlorococcus

Formas unicelulares, filamentosas y cenobiales

Habitat

Evolucin de organismos aerbicos

Atmsfera ANAEROBICA

2 H2O + CO2 O2 + CH2O + H2O

Las cianobacterias establecieron unaatmsfera aerbica en la Tierra

Shark Bay, W.Australia

Fsiles ms antiguosEstromatolitos (macrofsiles)Datan de 2300 millones de aos atrs

Estromatolito mostrando patrn laminar de crecimiento.

Las cianobacterias dieron origen al cloroplasto de organismos eucariontes fotosintticos

Cyanobacteria

tilacoide Envoltura celular

Grnulos polifosfato

Grnulos glicgeno ficobilisomascarboxisoma

grnulos de cianoficina

reginnucleoplasma

seudovacuolas

tilacoide

La pared celular de las cianobacterias es similar a la de las bacterias Gram negativas

Peptidoglicano

Gram Negativa

Membrana plasmtica

Membrana externa

Capa lipopolisacrido

Ej. Nostoc commune

Muchas Cianobacterias producen carbohidratos que forman estructura externa vainas

Vaina de cianobacterias est compuesta por diversos tipos de polisacridos (azcares: galactosa, xilosa, ribosa, glucosa) que embeben las clulas en una matriz tipo gel que retiene agua (protegen de la deshidratacin).

Vesculas de Gas (seudovacuolas)

Ubicadas en el citoplasma , permeables a los gases (N2, O2, CO2, H2, CH4), pero impermeables al agua (exterior hidrofbico)

Ayudan a controlar la flotabilidad

Compuestas de tubos cilndricos huecos con membranas proteicas, rgidas.

300- 1000 nm (largo), 45 -120 nm (ancho)

Clorofila a (y b en proclorofitas)

Ficobilinasficoeritrinaficocianinaaloficocianina

Carotenoides

Pigmentos

En general, organizados en ficobilisomas:

Estructura de un ficobilisoma

PE PC APC Chla

Transferencia de energa:

Ficocianina

Ficoeritrina

Adaptacin cromtica

Mecanismo por el cual las cianobacterias (y las algas rojas) ajustan la composicin de sus complejos cosechadores de luz en respuesta a los cambios en la calidad de luz prevalente en el ambiente en determinado momento

Cianobacterias

Algas rojas

Clulas especializadas

Fijacin de Nitrgeno atmosfricoI.- Heterocistos

heterocisto intercalar

heterocisto polar

Heterocisto

heterocisto

Contenido hialino

Pared celular gruesa no permite la entrada de gas atmosfrico.

Fotosintticamente inactivo La formacin del heterocisto es gatillada por [molibdeno]

y baja [nitrgeno]

Fijacin de Nitrgeno SOLO algunas cianobacterias y otras eubacterias

pueden FIJAR nitrgeno atmosfrico.

Nitrogenasa (enzima que participa en la fijacin de N: convierte N2 NH4+ ) es INACTIVADA por O2

Genera incompabilidad fotosntesis vs fijacin de N2

II.- Aquinetas

Anabaena

Esporas de resistencia

Clulas especializadas

Tres gneros descritos: Prochloron (1970), Prochlorococcus (1989) - marinos Prochlorothrix (1984) agua dulce

Prochloron

PROCHLOROPHYCEAERalph Lewin, 1970

Clase Prochlorophyceae

Organismos procariontes fotosintticos

Tilacoides apilados (2-3) Sin ficobilisomas Divinil clorofila a y b

Clase Cyanophyceae

Organismos procariontes fotosintticos

Tilacoides solitarios Con ficobilisomas Clorofila a y pigmentos

ficobilnicos

Cianobacteria marina que corresponde al organismo fotosinttico ms pequeo conocido (0,5-0,7 m).Descubierto en 1988 gracias al empleo del citmetro de flujo

Composicin inusual de pigmentos fotosintticos

Muy abundante en aguas oligotrficas!!!!!

Puede llegar a representar el 50% del fitoplancton marino en algunas reas del ocano IMPORTANCIA GLOBAL

Genoma muy pequeo (1,7Mb en algunas cepas)

Diferenciacin de cepas adaptadas a diferentes nichos ecolgicos

Proliferan excesivamente formando blooms Algunas especies son productoras de toxinas

Efectos negativos asociados a cianobacterias

Efectos de los blooms de cianobacterias: tapan filtros de agua potable causan mal olor y sabor al agua causan mortalidad de animales acuticos por asfixia algunos son txicos!!!!

Los blooms

Generalmente se forman en aguas calmas (poca turbulencia) Se forman de una o pocas especies, su concentracin alcanza al menos 20000clulas/ml Aparecen sorpresivamente (dentro de horas) Frecuentemente especies con vesculas de gas.

TODOS los blooms de cianobacterias se consideran potencialmente txicos

Los blooms de cianobacterias se producen, generalmente en estaciones clidas y en zonas con abundantes nutrientes

Las toxinas de cianobacterias resisten altas temperaturas (hervir el agua no permite anular el riesgo de intoxicacin)

La toxicidad de un bloom puede fluctuar de un da a otro

Algunos datos para recordar....

En lagos, especies de los gneros Microcystis, Anabaena y Oscillatoria (Planktothrix)

Microcystis Anabaena

En el ocano, Trichodesmium spp.

Trichodesmium

En aguas salobres: Aphanizomenon flos-aquae, Nodularia spumigenay Anabaena sp.

Aphanizomenon Nodularia

Oscillatoria

Las cianotoxinas son un grupo diverso de toxinas desde el punto de vista qumico y toxicolgico

Qumica: - pptidos cclicos- alcaloides- lipopolisacridos

Toxicolgica: - hepatotxicas- neurotxicas- dermatotxicas

Clasificacin

Hepatotoxinas (microcistinas, nodularinas, cilindrospermopsinas)

Hapalosiphon

Aphanizomenon Anabaena

NodulariaMicrocystis

Regin indispensable para la toxicidad

Microcistinas: heptapptidos cclicos

Microcystis

MC no atraviesan membranas, son resistentes a peptidasas gstricas,llegan al hgado por un carrier de transporte de cido biliar

Promotoras de cncer heptico (PP1 y PP2A son supresoras de tumores)

MC tambin producen estrs oxidatvo

Mecanismo de accin

MC se unen covalentemente a protein fosfatasas eucariontes (PP1 y PP2A) inhibindolas

Hiperfosforilacin de protenas del citoesqueleto (desintegracin del hepatocito)

Hemorragia heptica masiva (muerte)LD50=50 gkg-1 peso corporal

Sntomas de intoxicacin aguda:

Ictericia, shock, debilidad, anorexia, extremidades fras, palidez, apata, problemas respiratorios, gastroenteritis, vmitos y diarrea

La terapia y profilaxis son difciles

Se ha propuesto como tratameinto:- Lavado gstrico- Consumir tabletas de carbn- Uso de anticuerpos monoclonales anti MC- Bloquedores del transporte la hgado (ej. ciclosporina y rifampicina)- Vitamina E (profilaxis)

Dao heptico es rpido, irreversible y severo

Exposicin crnica en bajas dosis:

Promueve cncer heptico

Recomendacin de la World Health Organization (WHO): agua para beber no debe contener ms de 1 gl-1 de MCs

Tratamiento de aguas contaminadas con microcistinas

- Remocin de clulas de cianobacterias por filtracin o floculacin

- Remocin de MC por-Adsorcin con carbn activado- Ozonacin- Irradiacin con luz UV- Clorinacin

Neurotoxinas (anatoxinas, saxitoxinas)

Anabaena

Oscillatoria

AphanizomenonLyngbya

Anatoxinas (alcaloide)

Anlogo estructural de cocana y acetilcolina (neurotransmisor)

Mecanismo de toxicidad: unin irreversible al receptor de acetilcolina causando apertura de los canales de sodio (influjo constante), depolarizando membranas y causando sobrestimulacin de clulas musculares.Otras anatoxinas inhiben acetilcolinesterasas

Sntomas de intoxicacin con anatoxinas:

Mareo, contraccin muscular involuntaria,sofocacin, convulsiones, cianosis, sofocacin, prdida de conciencia, muerte

Idem al Veneno paralizante de mariscos producido por dinoflagelados

Saxitoxinas (alcaloide)

Mecanismo de toxicidad: Bloqueo de canales de sodio deteniendo su influjo, causa alteracin en la propagacin del potencial de accin a los msculos

Sntomas de intoxicacin con saxitoxinas:

Hormigueo y adormecimiento alrededor de los labios, parlisis, falla respiratoria, prdida de conciencia, muerte

Dermatotoxinas (Lyngbyatoxinas, LPS)

Producen dermatitis, conjuntivitis e inflamacin gastrointestinal

Qu hacer si se ha tenido contacto con un bloom de cianobacterias?

Piel: lavar inmediatamente con abundante agua potable, tratar los sntomas, consultar al mdico.

Ingesta: ingerir tabletas de carbn, tratar los sntomas, consultar al mdico.

REPORTAR el incidente para prevenir nuevas intoxicaciones

Primer caso documentado de intoxicacin con cianotoxinas:1878, envenenamiento de animales de granja en el Lago Alexandrina, Sur de Australia. Causa: Nodularina spumigena

Nodularia spumigena

Se han registrado cianobacterias toxignicas en pases de todos los continentes

Muerte de animales domsticos y salvajes, intoxicaciones humanas, dermatitis

Caruaru, Brasil, 1996

En una clnica de hemodilisis durante un corte de agua se utiliz agua contaminada con microcistinas y cylindrospermopsinas (hepatotoxinas).

En el proceso de dilisis la sangre de los pacientes se expone a aproximadamente 120 l de agua

116 pacientes presentaron gastroenteritis, de estos 100 desarrollaron falla heptica y 76 pacientes murieron.

Se detect altos niveles de estas cianotoxinas en hgado y suero de estos pacientes

Zonas agropecuarias

1995-1996, Laguna Rocuant, Talcahuano1998, Laguna Tres Pascualas, ConcepcinBlooms de Microcystis sp. productores de microcistinas

En Chile:

Laguna Las Tres Pascualas, Concepcin, Chile