close
Saltar ao contido

Microcistina

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
O lago Erie en outubro de 2011, durante unha intensa floración de cianobacterias[1][2]

As microcistinas ou cianoxinosinas (/ ʃi /) son unha clase de cianotoxinas, que son toxinas producidas por cianobacterias, ás veces chmadas algas verde-azuladas.[3] Ata agora descubríronse unhas 250,[4] das cales a microcistina-LR é a máis común. Quimicamente son heptapéptidos cíclicos producidos por sintases de péptidos non ribosómicos.[5]

As cianobacterias poden producir microcistinas en grandes cantidades durante as floracións de algas as cales supoñen unha ameaza importante para a subministración de auga potable e para a rega, e para o medio ambiente en xeral.[6][7]

Características

[editar | editar a fonte]
Estrutura química da microcistina-LR.

As microcistinas ou cianoxinosinas son unha clase de toxinas[8] producidas por certas cianobacterias de auga doce; principalmente Microcystis aeruginosa pero tamén outros Microcystis, así como membros dos xéneros Planktothrix, Anabaena, Oscillatoria e Nostoc.

A microcistina-LR (L = leucina, R = arxinina) é a forma máis tóxica dunhas 80 variantes tóxicas coñecidas, e é tamén a máis estudada polos químicos, farmacéuticos, biólogos e ecólogos. As floracións que conteñen microscistina son un problema en todo o mundo, incluíndo China, Brasil, Australia, Árica do Sur,[9][10][11][12][13][14][15][16] os Estados Unidos e gran parte de Europa. O encoro de Hartebeespoort en Suráfica é un dos stios máis contaminados de Árica e posiblemente do mundo.

Química

[editar | editar a fonte]

As microcistinas teñen un marco estrutural común constituído por D-Ala1-X2-D-Masp3-Z4-Adda5-D-γ-Glu6-Mdha7, onde X e Z son aminoácidos variables; o nome esquemático "microcistina-XZ" (MC-XZ abreviado) asígnase baseándose nos códigos de letras de aminoácidos poñendo a letra correspondente aos aminoácidos en lugar de X e Z.[4] Se a molécula mostra calquera outra modificación, as diferenzas denótanse entre corchetes antes de "MC".[4] Destes, varios son aminoácido non proteinoxénicos pouco comúns:[17]

Mecanismo de acción

[editar | editar a fonte]

As microcistinas enlázanse covalentemente ás proteína fosfatases PP1 e PP2A, inhibíndoas, e pode así causar panesteatite.[17] O residuo ADDA é clave para esa funcionalidade: os análogos sintéticos moli simplificados que constan de ADDA e un aminoácido adicional poden mostrar a mesma función inhibitoria.[19]

Factores que afectan a produción

[editar | editar a fonte]
Un cultivo de M. aeruginosa, unha bacteria fotosintéticas.

O xénero de cianobacterias de auga doce Microcystis produtor de microcistinas prospera en augas cálidas, especialmente en augas encoradas.[7] A EPA norteamericana predixo en 2013 que o cambio climático e os cambios nas condicións ambientais poden favorecer crecementos de algas nocivos e afectaren negativamente á saúde humana.[20] O crecemento de algas tamén se favarece nos procesos de eutrofización (exceso de nutrientes).[7] En concreto, o fósforo reactivo disolto promove o crecemento de algas.[21]

As microcistinas puideron evolucionar nas cianobacterias como un xeito de enfrontarse á dispoñibilidade escasa de ferro: a molécula únese ao ferro, e as cepas non produtoras toleran significativamente peor a escaseza de ferro.[22] Unha subministración baixa de ferro regula á alza McyD, un dos operóns para a síntese de microcistina.[23] Porén, cando hai ferro dabondo, aínda pode impulsarse a podución de microcistinas facendo que a bacteria faga mellor a fotosíntese, o que producirá suficiente ATP para a biosíntese de microcistinas.[24]

A produción de microcistinas está tamén correlacionada positivamente coa tempertura.[25] As luces brillantes e de cor vermella incrementan a transcrición de McyD, pero as azuis redúcena.[26] Unha gran variedade doutros factores, como o pH, poden tamén afectar a produción de microcistinas, pero facer unha comparación é complicado debido á falta de condicións estándar para facer os tests.[27]

Vías de exposición

[editar | editar a fonte]

Hai varios modos de exposición a estas hepatotoxinas para os humanos e unha delas é en actividades recreativas como nadar, surfear, pescar e outras actividades que implican un contacto directo con auga contaminada.[28] Outra ruta rara, aínda que extremadamente tóxica, de exposición é en casos de operacións de hemodiálise. Un caso mortal de intoxicación microcística por hemodiálise estudouse no Brasil, onde o 48 % dos pacientes sometidos a un deses procedementos nun específico período de tempo morreran porque a auga usada no procedemento estaba contaminada.[29]

As microcistinas son quimicamente estables nun amplo rango de temperaturas e pH, posiblemente como resultado da súa estrutura cíclica.[30] A microcistina-LR que contamina a auga é resistente á ebulición e aos tratamentos de microondas.[31] As floracións de bacterias que producen microcistina poden saturar as capacidades dos filtros das plantas para o tratamento da auga. Hai algunhas probas de que a toxina pode ser transportada por causa da irrigación á cadea trófica.[32][33]

Exemplos de floracións con produción de microcistinas

[editar | editar a fonte]

Un exemplo de floración de Microcystis ocorreu no lago Erie de Norteamérica en 2011, en parte relacionado coa primavera máis húmida desde que había rexistros, que ampliou as zonas mortas do fondo do lago, reducindo a poboación de peixes, creando un cheiro fedento nas praias e danando a industria turística local.[1] En agosto de 2014 na cidade de Toledo, Ohio detectáronse niveis perigosos de microcistina na súa auga potable debido ás floracións de augas no lago Erie,[34][35] causadas por unha achega excesiva de fósforo ao lago procedente de prácticas agrícolas e das estacións de tratamento de auga urbanas.[21] Houbo outro caso nas augas salgadas da baía de San Francisco en 2016.[36], nas augas potables de Iowa en 2018, nas que as microcistinas chegaron a un nivel de 0,3 µg/L previo ao tratamento,[37] e en 2023 en Oregón no río que pasa por Portland,[38][39] onde o nivel de microcistinas chegou a 549 ppb.[38]

Efectos da exposición sobre a saúde humana

[editar | editar a fonte]

As microcistinas non poden ser degradadas polas proteases típicas, como a pepsina, tripsina, colaxenase e quimotripsina, debido á súa natureza química cíclica.[30] Son hepatotóxicas. Unha vez inxeridas, as microcistinas viaxan ata o fígado polo sistema de transporte de ácidos biliares, onde a maioría son almacenadas, aínda que parte delas permanece no torrente sanguíneo e pode contaminar os tecidos.[40][41] Os efectos sobre a saúde agudos da microcistina-LR son os seguintes: dor abdominal, vómitos e náuseas, diarrea, dor de cabeza, vinchas arredor da boca, e por inhalación, dor de garganta, tose seca e pneumonía.[42][29]

Os estudos realizados suxiren que a absorción de microcistinas ocorre no tracto gastrointestinal.[28] Ademais, estas hepatotoxinas inhiben a actividade dos encimas fosfatase PP1 e PP2A, causando choque hemorráxico e poden matar ratos en 45 minutos.[43]

Non é adecuado avaliar o potencial carcinoxénico das microcistinas aplicando simplmente as Directrices da EPA para a Avaliación do Risco de Carcinóxenos. ALgúns estudos feitos na China suxiren que pode haber unha relación entre os cancros de fígado e colorrectais e a aparición de cianobacterias na auga potable.[44][45][46][47][48][49] Non obstante, as probas son limitadas debido á escasa capacidade de avaliar e medir con exactitude a exposición.

Regulación

[editar | editar a fonte]

No caso dos Estados Unidos, a EPA emitiu unha recomendación sanitaria en 2015.[50] Calculouse unha recomendación sanitaria de dez días para diferentes idades que se considera protectora e con efectos secundarios non cancinóxenos sobre unha exposición de dez días ás microcistinas na auga potable: 0.3 μg/L para nenos alimentados por biberón e nenos pequenos de idade preescolar, e de 1,6 μg/L para nenos de idade escolar e adultos.[50]: 28–29

Notas

[editar | editar a fonte]
  1. 1 2 Michael Wines (14 de marzo de 2013). "Spring Rain, Then Foul Algae in Ailing Lake Erie". The New York Times.
  2. ↑ Joanna M. Foster (20 de novembro de 2013). "Lake Erie is Dying Again, and Warmer Waters and Wetter Weather are to Blame". ClimateProgress. Arquivado dende o orixinal o 3 de agosto de 2014. Consultado o 3 de agosto de 2014.
  3. ↑ "Cyanobacterial Harmful Algal Blooms (CyanoHABs) & Water". Mass.gov. Consultado o 9 de xuño de 2022.
  4. 1 2 3 4 5 Bouaïcha, Noureddine; Miles, Christopher; Beach, Daniel; et al. (7 de decembro de 2019). "Structural Diversity, Characterization and Toxicology of Microcystins". Toxins 11 (12): 714. PMC 6950048. PMID 31817927. doi:10.3390/toxins11120714.
  5. ↑ Ramsy Agha; Samuel Cirés; Lars Wörmer; Antonio Quesada (2013). "Limited Stability of Microcystins in Oligopeptide Compositions of Microcystis aeruginosa (Cyanobacteria): Implications in the Definition of Chemotypes". Toxins 5 (6): 1089–1104. PMC 3717771. PMID 23744054. doi:10.3390/toxins5061089.
  6. ↑ Paerl HW, Huisman J (febreiro de 2009). "Climate change: a catalyst for global expansion of harmful cyanobacterial blooms". Environmental Microbiology Reports 1 (1): 27–37. Bibcode:2009EnvMR...1...27P. PMID 23765717. doi:10.1111/j.1758-2229.2008.00004.x.
  7. 1 2 3 "Increasing toxicity of algal blooms tied to nutrient enrichment and climate change". Oregon State University. 24 de outubro de 2013.
  8. ↑ Dawson, R.M (1998). "the toxicology of microcystins". Toxicon 36 (7): 953–962. Bibcode:1998Txcn...36..953D. PMID 9690788. doi:10.1016/S0041-0101(97)00102-5.
  9. ↑ Bradshaw D, Groenewald P, Laubscher R, et al. (2003). "Initial Burden of Disease Estimates for South Africa, 2000" (PDF). South African Medical Journal (Cape Town: South African Medical Research Council) 93 (9): 682–688. ISBN 978-1-919809-64-9. PMID 14635557. Arquivado dende o orixinal (PDF) o 2016-03-03. Consultado o 2014-08-04.
  10. ↑ Fatoki, O.S., Muyima, N.Y.O. & Lujiza, N. 2001. Situation analysis of water quality in the Umtata River Catchment. Water SA, (27) pp. 467–474.
  11. ↑ Oberholster PJ, Botha AM, Cloete TE (2005). "An overview of toxic freshwater cyanobacteria in South Africa with special reference to risk, impact, and detection by molecular marker tools". Biokemistri 17 (2): 57–71. doi:10.4314/biokem.v17i2.32590.
  12. ↑ Oberholster PJ, Botha AM (2007). "Use of PCR based technologies for risk assessment of a winter cyanobacterial bloom in Lake Midmar, South Africa". African Journal of Biotechnology 6 (15): 14–21.
  13. ↑ Oberholster, P. 2008. Parliamentary Briefing Paper on Cyanobacteria in Water Resources of South Africa. Annexure "A" of CSIR Report No. CSIR/NRE/WR/IR/2008/0079/C. Pretoria. Council for Scientific and Industrial Research (CSIR).
  14. ↑ Oberholster, P.J.; Cloete, T.E.; van Ginkel, C.; et al. (2008). "The use of remote sensing and molecular markers as early warning indicators of the development of cyanobacterial hyperscum crust and microcystin-producing genotypes in the hypertrophic Lake Hartebeespoort, South Africa" (PDF). Pretoria: Council for Scientific and Industrial Research. Arquivado dende o orixinal (PDF) o 2014-08-11.
  15. ↑ Oberholster, P.J.; Ashton, P.J. (2008). "State of the Nation Report: An Overview of the Current Status of Water Quality and Eutrophication in South African Rivers and Reservoirs" (PDF). Pretoria: Council for Scientific and Industrial Research. Arquivado dende o orixinal (PDF) o 2014-08-08.
  16. ↑ Turton, A.R. 2015. Water Pollution and South Africa's Poor. Johannesburg: South African Institute of Race Relations. http://irr.org.za/reports-and-publications/occasional-reports/files/water-pollution-and-south-africas-poor Arquivado 2017-03-12 en Wayback Machine.
  17. 1 2 Barnett A. Rattner, Glenn H. Olsen, Peter C. McGowan, Betty K. Ackerson, and Moira A. McKernan. "Harmful Algal Blooms and Bird Die-offs in Chesapeake Bay: A Potential Link?". Patuxent Wildlife Research Center.
  18. ↑ Kangur, K; Meriluoto, J; Spoof, L; Tanner, R (2005). "Hepatotoxic cyanobacterial peptides in Estonian freshwater bodies and inshore marine water". Proceedings of the Estonian Academy of Sciences. Biology. Ecology 54 (1): 40. doi:10.3176/biol.ecol.2005.1.03.
  19. ↑ Gulledge, Brian M; Aggen, James B; Eng, Hugo; et al. (setembro de 2003). "Microcystin analogues [sic] only of adda and a single additional amino acid retain moderate activity as PP1/PP2A inhibitors". Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 13 (17): 2907–2911. PMID 14611855. doi:10.1016/S0960-894X(03)00588-2.
  20. ↑ "Impacts of Climate Change on the Occurrence of Harmful Algal Blooms" (PDF). EPA. 2013. Arquivado dende o orixinal (PDF) o 2020-08-07. Consultado o 2014-08-03.
  21. 1 2 Suzanne Goldenberg (3 de agosto de 2014). "Farming practices and climate change at root of Toledo water pollution". The Guardian.
  22. ↑ Ceballos-Laita, Laura; Marcuello, Carlos; Lostao, Anabel; et al. (2 de maio de 2017). "Microcystin-LR Binds Iron, and Iron Promotes Self-Assembly". Environmental Science & Technology 51 (9): 4841–4850. Bibcode:2017EnST...51.4841C. PMID 28368104. doi:10.1021/acs.est.6b05939.
  23. ↑ Sevilla, E; Martin-Luna, B; Vela, L; et al. (outubro de 2008). "Iron availability affects mcyD expression and microcystin-LR synthesis in Microcystis aeruginosa PCC7806.". Environmental Microbiology 10 (10): 2476–83. Bibcode:2008EnvMi..10.2476S. PMID 18647335. doi:10.1111/j.1462-2920.2008.01663.x.
  24. ↑ Wang, X; Wang, P; Wang, C; et al. (7 de setembro de 2018). "Relationship between Photosynthetic Capacity and Microcystin Production in Toxic Microcystis Aeruginosa under Different Iron Regimes.". International Journal of Environmental Research and Public Health 15 (9): 1954. PMC 6163392. PMID 30205471. doi:10.3390/ijerph15091954.
  25. ↑ Davis, Timothy W.; Berry, Dianna L.; Boyer, Gregory L.; Gobler, Christopher J. (xuño 2009). "The effects of temperature and nutrients on the growth and dynamics of toxic and non-toxic strains of Microcystis during cyanobacteria blooms". Harmful Algae 8 (5): 715–725. Bibcode:2009HAlga...8..715D. doi:10.1016/j.hal.2009.02.004.
  26. ↑ Kaebernick, M; Dittmann, E; Börner, T; Neilan, BA (febreiro de 2002). "Multiple alternate transcripts direct the biosynthesis of microcystin, a cyanobacterial nonribosomal peptide.". Applied and Environmental Microbiology 68 (2): 449–55. PMC 126702. PMID 11823177. doi:10.1128/AEM.68.2.449-455.2002.
  27. ↑ Pearson, L; Mihali, T; Moffitt, M; Kellmann, R; Neilan, B (10 de maio de 2010). "On the chemistry, toxicology and genetics of the cyanobacterial toxins, microcystin, nodularin, saxitoxin and cylindrospermopsin.". Marine Drugs 8 (5): 1650–80. PMC 2885083. PMID 20559491. doi:10.3390/md8051650.
  28. 1 2 Funari E, Testai E. 2008. Human health risk assessment related to cyanotoxins exposure. Critical Reviews in Toxicology. 38(2). 97–125
  29. 1 2 Azevedo, Sandra M.F.O, Wayne W Carmichael, Elise M Jochimsen, Kenneth L Rinehart, Sharon Lau, Glen R Shaw, and Geoff K Eaglesham. 2002. “Human Intoxication by Microcystins During Renal Dialysis Treatment in Caruaru—Brazil.” Toxicology (Amsterdam) 181. 441–446.
  30. 1 2 Somdee, Theerasak; Thunders, Michelle; Ruck, John; et al. (2013). "Degradation of [Dha7]MC-LR by a Microcystin Degrading Bacterium Isolated from Lake Rotoiti, New Zealand". ISRN Microbiology 2013: 1–8. PMC 3712209. PMID 23936728. doi:10.1155/2013/596429.
  31. ↑ Metcalf, James S.; Codd, Geoffrey A. (2000). "Microwave oven and boiling waterbath extraction of hepatotoxins from cyanobacterial cells". FEMS Microbiology Letters 184 (2): 241–246. PMID 10713428. doi:10.1111/j.1574-6968.2000.tb09021.x.
  32. ↑ Codd GA, Metcalf JS, Beattie KA (agosto de 1999). "Retention of Microcystis aeruginosa and microcystin by salad lettuce (Lactuca sativa) after spray irrigation with water containing cyanobacteria". Toxicon 37 (8): 1181–5. Bibcode:1999Txcn...37.1181C. PMID 10400301. doi:10.1016/S0041-0101(98)00244-X.
  33. ↑ Abe, Toshihiko; Lawson, Tracy; Weyers, Jonathan D. B.; Codd, Geoffrey A. (agosto de 1996). "Microcystin-LR Inhibits Photosynthesis of Phaseolus vulgaris Primary Leaves: Implications for Current Spray Irrigation Practice". New Phytologist 133 (4): 651–8. Bibcode:1996NewPh.133..651A. JSTOR 2558683. doi:10.1111/j.1469-8137.1996.tb01934.x.
  34. ↑ "Algal bloom leaves 500,000 without drinking water in northeast Ohio". Reuters. 2 de agosto de 2014.
  35. ↑ Rick Jervis, USA TODAY (2 de agosto de 2014). "Toxins contaminate drinking water in northwest Ohio". USA Today.
  36. ↑ John Raphael BEWARE: High Levels of Freshwater Toxin Found in Shellfish from San Francisco Bay 28 de outubro de 2016. Nature World News
  37. ↑ Kate Payne Toxic Bacteria Blooms Impacting Water Systems Across Iowa, DNR Survey Shows. Arquivado 24 de febreiro de 2020 en Wayback Machine. 1 de novembro de 2018. National Public Radio
  38. 1 2 "Oregon Health Authority : Current Cyanobacteria Advisories : Cyanobacteria Blooms : State of Oregon". www.oregon.gov. Consultado o 2023-08-26.
  39. ↑ "Swimmers, boaters should avoid toxic algae in Willamette River and Sauvie Island". Multnomah County (en inglés). 2023-08-13. Consultado o 2023-08-26.
  40. ↑ Falconer, Ian R. (1998). "Algal Toxins and Human Health". En Hrubec, Jiři. Quality and Treatment of Drinking Water II. The Handbook of Environmental Chemistry. 5 / 5C. pp. 53–82. ISBN 978-3-662-14774-0. doi:10.1007/978-3-540-68089-5_4.
  41. ↑ Falconer, I.R. 2005. Cyanobacterial Toxins of Drinking Water Supplies: Cylindrospermopsins and Microcystins. Florida: CRC Press. 279 pages.
  42. ↑ What health risks do humans face as a result of exposure to cyanotoxins? EPA, consultado o 12 de novembro de 2018
  43. ↑ Carmichael, W.W. 1992. Cyanobacteria secondary metabolites: The cyanotoxins. J. Appl. Bacteriol. 72, 445–459
  44. ↑ Humpage AR, Hardy SJ, Moore EJ, et al. (outubro de 2000). "Microcystins (cyanobacterial toxins) in drinking water enhance the growth of aberrant crypt foci in the mouse colon". Journal of Toxicology and Environmental Health, Part A 61 (3): 155–65. Bibcode:2000JTEHA..61..155A. PMID 11036504. doi:10.1080/00984100050131305.
  45. ↑ Ito E, Kondo F, Terao K, Harada K (setembro de 1997). "Neoplastic nodular formation in mouse liver induced by repeated intraperitoneal injections of microcystin-LR". Toxicon 35 (9): 1453–7. Bibcode:1997Txcn...35.1453I. PMID 9403968. doi:10.1016/S0041-0101(97)00026-3.
  46. ↑ Nishiwaki-Matsushima R, Nishiwaki S, Ohta T, et al. (setembro de 1991). "Structure-function relationships of microcystins, liver tumor promoters, in interaction with protein phosphatase". Japanese Journal of Cancer Research 82 (9): 993–6. PMC 5918597. PMID 1657848. doi:10.1111/j.1349-7006.1991.tb01933.x.
  47. ↑ Ueno Y, Nagata S, Tsutsumi T, et al. (xuño de 1996). "Detection of microcystins, a blue-green algal hepatotoxin, in drinking water sampled in Haimen and Fusui, endemic areas of primary liver cancer in China, by highly sensitive immunoassay". Carcinogenesis 17 (6): 1317–21. PMID 8681449. doi:10.1093/carcin/17.6.1317.
  48. ↑ Yu S-Z (1989). "Drinking water and primary liver cancer". En Z.Y. Tang; M.C. Wu; S.S. Xia. Primary Liver Cancer. Nova York: China Academic Publishers. pp. 30–7. ISBN 978-0-387-50228-1.
  49. ↑ Zhou L, Yu H, Chen K (xuño de 2002). "Relationship between microcystin in drinking water and colorectal cancer". Biomedical and Environmental Sciences 15 (2): 166–71. PMID 12244757.
  50. 1 2 Drinking Water Health Advisory for the Cyanobacterial Microcystin Toxins U.S. Environmental Protection Agency Office of Water, EPA Document Number: 820R15100, 75pp, 15 de xuño de 2015

Véxase tamén

[editar | editar a fonte]

Outros artigos

[editar | editar a fonte]

Bibliografía

[editar | editar a fonte]
  • National Center for Environmental Assessment. Toxicological Reviews of Cyanobacterial Toxins: Microcystins LR, RR, YR, and LA (NCEA-C-1765)

Ligazóns externos

[editar | editar a fonte]
Obtido de «https://gl.wikipedia.org/w/index.php?title=Microcistina&oldid=7318900»