Caracterização e avaliação de fatores que determinam a remoção de microcistina-LR em carvão ativado granular produzido a partir de diferentes matérias-primas / Characterization and evaluation of factors influencing microcystin-LR removal by granular activated carbon produced from different raw materials

RESUMO As microcistinas (MC), que estão entre as cianotoxinas mais encontradas em florações de cianobactérias, não são eficientemente removidas pelas tecnologias do ciclo completo de tratamento de água. Como barreira adicional para sua remoção, destaca-se o processo de adsorção com carvão ativado granular (CAG). Esta pesquisa comparou a eficiência de remoção de MC-LR por sete CAG produzidos a partir de diferentes matérias-primas, analisando as propriedades das amostras: umidade, teor de cinzas, pH e características texturais. Inicialmente, os resultados indicaram que as propriedades dos CAG foram influenciadas pelo material de origem, assim como pelo método de produção. Nos ensaios de adsorção, o modelo de Langmuir indicou que, em quatro horas, com dosagem de 100 mg.L-1, o CAG de linhito (CGLIN) apresentou a maior capacidade de remoção (97,2%) de MC-LR (Co: 115,1 µg.L-1), com qe,máx de 10,6 mg.g-1. O volume de mesoporos influenciou significativamente a capacidade adsortiva de MC dos carvões avaliados (r=0,98, Pearson). Esses resultados podem oferecer subsídios para a aplicação do processo de adsorção de MC-LR em estações de tratamento de água (ETA) para a minimização de intoxicações por água contaminada.

ABSTRACT Microcystins (MC), which are among the cyanotoxins more commonly found in cyanobacterial blooms, are not efficiently removed by full-cycle water treatment technologies. As an additional barrier, there is the adsorption process with granular activated carbon (GAC). This research compared the efficiency of MC-LR removal by seven GACs produced from different raw materials, analyzing these samples' properties: moisture, ash content, pH and textural characteristics. Initially, the results indicated that the GAC properties were influenced by the source material, as well as by the production method. In the adsorption assays, the Langmuir model indicated that in 4h, with 100 mg.L-1 dosage, the granular activated carbon of lignite (CGLIN) had the highest MC-LR (Co: 115.1 µg.L-1) removal capacity (97.2%), with qe,max of 10.6 mg.g-1. The volume of mesopores significantly influenced the adsorption capacity of microcystin by the evaluated GACs (r=0.98, Pearson). These results can support the application of the MC-LR adsorption process in water treatment plants to minimize intoxication with contaminated water.

Hierarquização da eficiência de remoção de cianotoxinas por meio de adsorção em carvão ativado granular / Evaluation of hierarchy of cyanotoxin removal by adsorption onto granular activated carbon

RESUMO O trabalho objetivou avaliar a remoção concomitante de duas cianotoxinas - microcistina-LR e saxitoxina-STX - por meio da adsorção em carvão ativado granular. Em primeira etapa, três carvões de granulometrias distintas, dois de coco de dendê e um mineral, foram avaliados na adsorção de microcistina-LR em água destilada e tratada com concentrações de 3,9 a 9,4 ug.L-1. O carvão de coco de dendê de menor granulometria apresentou desempenho mais uniforme, tanto no que tange à remoção (%) de microcistina-LR, quanto ao volume de efluente produzido consoante com as recomendações do padrão de potabilidade brasileiro. Em segunda etapa, apenas para o carvão selecionado na etapa precedente, concentrações de microcistina-LR e saxitoxina-STX aproximadamente 50% superiores dos limites do mesmo padrão de potabilidade foram dispersas em água destilada. Tais ensaios de adsorção evidenciaram que apenas a adsorção de saxitonina não foi influenciada pela simultaneidade das duas cianotoxinas.

ABSTRACT This study focused on the simultaneous removal of two cyanotoxins - microcystin-LR and saxitoxin-STX - by means of adsorption onto granular activated carbon. In first step, three carbons with different granulometry (dende coconut and mineral) were evaluated on adsorption of microcystin-LR in distilled and treated waters in concentrations at about 3.9 to 9.4 ug.L-1. The dende coconut carbon with lower granulometry showed higher performance according to the limits established by Brazilian Drinking Water Standards. In second step, with the selected carbon in previous step, concentrations of the two cyanotoxins 50% higher than those limits were dispersed in distilled water. The tests pointed out that only saxitoxin-STX removal was not affect by the presence both cyanotoxins.

Composición bioquímica y toxicidad de colonias comestibles de la cianobacteria andina Nostoc sp. Llayta / Biochemical composition and toxicity of edible colonies of the cyanobacterium Nostoc sp. Llayta

RESUMEN Llayta es el nombre asignado a la biomasa seca de macrocolonias de una cianobacteria filamentosa, clasificada como Nostoc sp. Llayta crece en humedales andinos de Sudamérica y ha sido considerada como un ingrediente alimenticio desde tiempos precolombinos. Este estudio pretende contribuir a la definición de la calidad nutritiva de la Llayta, proporcionando información sobre su composición bioquímica e identificar aspectos críticos de interés toxicológico. Los resultados mostraron que el 60% del total de sus aminoácidos son indispensables, contenía un 2% de lípidos totales, 32% del total de ácidos grasos eran poliinsaturados, la vitamina E fue la más abundante (4,3 mg%), el contenido de polifenoles totales es 64 mg equivalentes de ácido gálico, su actividad antioxidante es 17,4 μmoles equivalentes de Trolox, la fibra total fue el 56% del peso seco y presentó un contenido promedio de arsénico total de 9,2 ± 5,4 ppm. Esta cianobacteria no es productora de microcistina, por lo que las colonias de la Llayta podrían considerarse inocua para el consumo humano.

ABSTRACT Llayta is the name assigned to the dry biomass of macrocolonies of a filamentous cyanobacterium classified as Nostoc sp. Llayta grows in the Andean wetlands of South America and has been considered a food ingredient since pre-Columbian times. This work is an effort to contribute to define the nutritional quality of Llayta providing information on its biochemical composition and to identify key toxicological aspects. The results indicated that 60% of its aminoacids were indispensable, total lipids were 2% of dry weight, polyunsaturated fatty acids were 32% of total fatty acids, vitamin E was the most abundant (4.3 mg%), total polyphenols were 64 mg (equivalent to galic acid), antioxidant activity was 17.4 μmoles (equivalent to Trolox), total fiber was 56% of dry weight and accumulated 9.2 ± 5.4 ppm of total arsenic. Since Nostoc sp. Llayta is a cyanobacterium strain that does not synthesize the cyanotoxin microcystin, the Llayta colonies can be considered innocuous for human consumption.

Can microcystins affect zooplankton structure community in tropical eutrophic reservoirs? / Microcistinas podem afetar a estrutura da comunidade zooplanctônica em reservatórios eutróficos tropicais?

Abstract The aim of our study was to assess whether cyanotoxins (microcystins) can affect the composition of the zooplankton community, leading to domination of microzooplankton forms (protozoans and rotifers). Temporal variations in concentrations of microcystins and zooplankton biomass were analyzed in three eutrophic reservoirs in the semi-arid northeast region of Brazil. The concentration of microcystins in water proved to be correlated with the cyanobacterial biovolume, indicating the contributions from colonial forms such as Microcystis in the production of cyanotoxins. At the community level, the total biomass of zooplankton was not correlated with the concentration of microcystin (r2 = 0.00; P > 0.001), but in a population-level analysis, the biomass of rotifers and cladocerans showed a weak positive correlation. Cyclopoid copepods, which are considered to be relatively inefficient in ingesting cyanobacteria, were negatively correlated (r2 = – 0.01; P > 0.01) with the concentration of cyanotoxins. Surprisingly, the biomass of calanoid copepods was positively correlated with the microcystin concentration (r2 = 0.44; P > 0.001). The results indicate that allelopathic control mechanisms (negative effects of microcystin on zooplankton biomass) do not seem to substantially affect the composition of mesozooplankton, which showed a constant and high biomass compared to the microzooplankton (rotifers). These results may be important to better understand the trophic interactions between zooplankton and cyanobacteria and the potential effects of allelopathic compounds on zooplankton.

Resumo Com o objetivo de avaliar se as cianotoxinas (microcistinas) podem afetar a composição da comunidade zooplanctônica, levando à dominância de formas microzooplanctônicas (protozoários e rotiferos), as variações nas concentrações de microcistina e a biomassa do zooplâncton foram analisadas em três reservatórios eutróficos na região semi-árida do nordeste brasileiro. A concentração de microcistinas na água esteve correlacionada com o biovolume de cianobactérias, indicando a contribuição de formas coloniais como Microcystis na produção de cianotoxinas. A nível de comunidade, a biomassa total do zooplâncton não apresentou correlacão com a concentração de microcistina (r2 = 0.00; P > 0.001), mas em uma análise a nível de populações, a biomassa de rotíferos e cladóceros apresentou uma fraca correlação positiva. Copépodos Cyclopoida, os quais são considerados relativamente ineficientes na ingestão de cianobactérias, estiveram negativamente correlacionados com a concentração de microcistinas (r2 = - 0.01; P > 0.01). Surpreendentemente, a biomassa de copépodos Calanoida foi positivamente correlacionada com a concentração de cianotoxinas (r2 = 0.44; P > 0.001). Os resultados indicam que mecanismos de controle alelopáticos (efeitos negativos da microcistina sobre o zooplâncton) parecem não afetar substancialmente a composição do mesozooplâncton, que apresentou uma alta e constante biomassa, quando comparada à biomassa do microzooplâncton (rotíferos). Esses resultados podem ser importantes para um melhor entendimento das interações tróficas entre o zooplâncton e cianobactérias, e do efeito potencial de compostos alelopáticos sobre o zooplâncton.

Remoção de microcistina-LR de águas eutrofizadas por clarificação e filtração seguidas de adsorção em carvão ativado granular / Removal of microcystin-LR from eutrophic waters through clarification and filtration followed by adsorption on granular activated carbon

RESUMO Usualmente, o tratamento convencional de águas com altas densidades de cianobactérias e concentração de cianotoxinas não garante efluente consoante o padrão de potabilidade vigente (1,0 µg.L-1 de microcistina). Etapas adicionais fazem-se necessárias, destacando-se a adsorção por carvão ativado granular ou pulverizado. Neste contexto, o objetivo geral deste trabalho foi avaliar em escala de bancada a remoção de microcistina em água natural por adsorção em colunas de carvão ativado granular de casca de coco, após as etapas de clarificação e filtração em areia. Os resultados mostraram que o transpasse no carvão de maior granulometria ocorreu em menor tempo de contato (2 h), quando comparado ao de menor granulometria. Tais resultados abrem perspectiva de emprego em escala real por garantir efluente com concentração inferior ao que estabelece a Portaria 2914 por mais tempo e utilizando menor massa de carvão.

ABSTRACT Conventional treatment process of natural waters with high densities of cyanobacteria and cyanotoxins usually presents low efficiency according to the present drinking water standard (maximum permissible value of 1.0 µg.L-1 of microcystin). Additional steps, such as activated carbon, commonly become necessary to achieve the maximum permissible value of microcystin (1.0 µg.L-1) set up by Brazilian Drinking Water Regulation 2914. In this context, the main objective of this work was to evaluate microcystin removal from natural waters by means of two granular activated carbons after clarification and sand filtration in bench scale. The results pointed out that the breakthrough happened in activated carbon with highest grain sizes in lower contact time (2 h) , when compared with that with smaller grain sizes. These results open the perspective of an application of the activated carbon in actual scale, assuring the treated water quality in compliance with the Brazilian Drinking Water Standards Regulation 2914.

Degradation of cyanotoxins (microcystin) in drinking water using photoelectrooxidation / Degradação de cianotoxinas (microcistinas) em água potável aplicando fotoeletrooxidação

The discharge of sewage and industrial effluents containing high concentrations of pollutants in water bodies increases eutrophication. Cyanobacteria, some of the organisms whose growth is promoted by high nutrient concentrations, are resistant and produce several types of toxins, known as cyanotoxins, highly harmful to human beings. Current water treatment systems for the public water supply are not efficient in degradation of toxins. Advanced oxidation processes (AOP) have been tested for the removal of cyanotoxins, and the results have been positive. This study examines the application of photoelectrooxidation in the degradation of cyanotoxins (microcystins). The performance of the oxidative processes involved was evaluated separately: Photocatalysis, Electrolysis and Photoelectrooxidation. Results showed that the electrical current and UV radiation were directly associated with toxin degradation. The PEO system is efficient in removing cyanotoxins, and the reduction rate reached 99%. The final concentration of toxin was less than 1 µg/L of microcystin in the treated solution.

A descarga de esgotos e efluentes industriais contendo altas concentrações de poluentes nos corpos d'água aumenta a eutrofização. As cianobactérias, são organismos cujo crescimento é promovido por concentrações elevadas de nutrientes, são resistentes e produzem vários tipos de toxinas conhecidas, como cianotoxinas, altamente prejudiciais para os seres humanos. Os sistemas atuais de tratamento de água para o abastecimento público de água não são eficientes na degradação destas toxinas. Processos oxidativos avançados (POA) foram testados para a remoção de cianotoxinas, e os resultados têm sido positivos. Este estudo avalia o processo de fotoeletrooxidação (FEO) na degradação de cianotoxinas (microcistinas). Foi avaliado o desempenho dos processos envolvidos separadamente: fotocatalisis, eletrólise e fotoeletrooxidação. Os resultados mostram que a potencia da radiação UV e da corrente elétrica estão diretamente associados com a degradação de toxinas. O sistema de FEO é eficiente na remoção de cianotoxinas e a redução foi de 99%. A concentração final de toxina foi inferior a 1 g / L de microcistina na solução tratada.

Sensitivity of salad greens (Lactuca sativa L. and Eruca sativa Mill.) exposed to crude extracts of toxic and non-toxic cyanobacteria / Sensibilidade de hortaliças (Lactuca sativa L. e Eruca sativa Mill.) à exposição de extratos brutos de cianobactéria tóxica e não tóxica

We evaluated the effect of crude extracts of the microcystin-producing (MC+) cyanobacteria Microcystis aeruginosa on seed germination and initial development of lettuce and arugula, at concentrations between 0.5 μg.L–1 and 100 μg.L–1 of MC-LR equivalent, and compared it to crude extracts of the same species without the toxin (MC–). Crude extracts of the cyanobacteria with MC (+) and without MC (–) caused different effects on seed germination and initial development of the salad green seedlings, lettuce being more sensitive to both extracts when compared to arugula. Crude extracts of M. aeruginosa (MC+) caused more evident effects on seed germination and initial development of both species of salad greens than MC–. Concentrations of 75 μg.L–1 and 100 μg.L–1 of MC–LR equivalent induced a greater occurrence of abnormal seedlings in lettuce, due to necrosis of the radicle and shortening of this organ in normal seedlings, as well as the reduction in total chlorophyll content and increase in the activity of the antioxidant enzyme peroxidase (POD). The MC– extract caused no harmful effects to seed germination and initial development of seedlings of arugula. However, in lettuce, it caused elevation of POD enzyme activity, decrease in seed germination at concentrations of 75 μg.L–1 (MC-75) and 100 μg.L–1 (MC-100), and shortening of the radicle length, suggesting that other compounds present in the cyanobacteria extracts contributed to this result. Crude extracts of M. aeruginosa (MC–) may contain other compounds, besides the cyanotoxins, capable of causing inhibitory or stimulatory effects on seed germination and initial development of salad green seedlings. Arugula was more sensitive to the crude extracts of M. aeruginosa (MC+) and (MC–) and to other possible compounds produced by the cyanobacteria.

Analisamos os efeitos de extratos brutos da cianobactéria M. aeruginosa, produtora de microcistinas (MC+), na germinação de sementes e no desenvolvimento de plântulas de alface e rúcula, em concentrações de 0,5 a 100 μg.L–1de MC–LR equivalente e comparamos com extrato brutos da mesma espécie sem a toxina (MC–). Extratos brutos de cianobactérias com MC (+) e sem MC (–) causaram efeitos diferentes na germinação de sementes e desenvolvimento de plântulas de hortaliças, sendo que a alface apresentou maior sensibilidade a ambos os extratos comparando-se com a rúcula. Extratos brutos de M. aeruginosa (MC+) causaram efeitos mais evidentes sobre a germinação de sementes e desenvolvimento de plântulas de hortaliças do que os (MC–). Concentrações de 75 e 100 μg.L–1 de MC–LR equivalente induziram maior ocorrência de plântulas anormais na alface devido ao aparecimento de necrose na radícula e seu encurtamento nas plântulas normais, bem como a redução no teor de clorofila total e aumento na atividade da enzima antioxidante peroxidase (POD). O extrato (MC–) não provocou efeitos inibitórios na germinação de sementes e desenvolvimento de plântulas para a rúcula, no entanto, provocou elevação da atividade da enzima POD, redução na germinação de sementes nas concentrações de 75 e 100 μg.L–1, e no comprimento da radícula na alface, sugerindo a ação de outros compostos presentes nos extratos da cianobactéria. Extratos brutos de M. aeruginosa (MC–) podem conter outros compostos além de cianotoxinas capazes de provocar efeitos inibitórios ou estimulatórios na germinação de sementes e no desenvolvimento de plântulas de hortaliças. A rúcula apresentou menor sensibilidade aos extratos brutos de M. aeruginosa (MC+) e (MC–) e outros possíveis compostos produzidos por estas cianobactérias.

Degradation of cyanotoxins (microcystin) in drinking water using photoelectrooxidation

p>The discharge of sewage and industrial effluents containing high concentrations of pollutants in water bodies increases eutrophication. Cyanobacteria, some of the organisms whose growth is promoted by high nutrient concentrations, are resistant and produce several types of toxins, known as cyanotoxins, highly harmful to human beings. Current water treatment systems for the public water supply are not efficient in degradation of toxins. Advanced oxidation processes (AOP) have been tested for the removal of cyanotoxins, and the results have been positive. This study examines the application of photoelectrooxidation in the degradation of cyanotoxins (microcystins). The performance of the oxidative processes involved was evaluated separately: Photocatalysis, Electrolysis and Photoelectrooxidation. Results showed that the electrical current and UV radiation were directly associated with toxin degradation. The PEO system is efficient in removing cyanotoxins, and the reduction rate reached 99%. The final concentration of toxin was less than 1 µg/L of microcystin in the treated solution. /p>

p>A descarga de esgotos e efluentes industriais contendo altas concentrações de poluentes nos corpos d'água aumenta a eutrofização. As cianobactérias, são organismos cujo crescimento é promovido por concentrações elevadas de nutrientes, são resistentes e produzem vários tipos de toxinas conhecidas, como cianotoxinas, altamente prejudiciais para os seres humanos. Os sistemas atuais de tratamento de água para o abastecimento público de água não são eficientes na degradação destas toxinas. Processos oxidativos avançados (POA) foram testados para a remoção de cianotoxinas, e os resultados têm sido positivos. Este estudo avalia o processo de fotoeletrooxidação (FEO) na degradação de cianotoxinas (microcistinas). Foi avaliado o desempenho dos processos envolvidos separadamente: fotocatalisis, eletrólise e fotoeletrooxidação. Os resultados mostram que a potencia da radiação UV e da corrente elétrica estão diretamente associados com a degradação de toxinas. O sistema de FEO é eficiente na remoção de cianotoxinas e a redução foi de 99%. A concentração final de toxina foi inferior a 1 g / L de microcistina na solução tratada. /p>

Presença da toxina microcistina em água, impactos na saúde pública e medidas de controle / Microcystin toxin in the presence of water, public health impact and control measures

As cianobactérias constituem um grupo de micro-organismos procariontes encontrado em ambientes aquáticos, os quais vêm sendo pesquisado devido à capacidade de produzir toxinas que causam grandes impactos à saúde pública e ambiental. A ocorrência de florações desses micro-organismos em reservatórios de água utilizada para abastecimento público tem sido frequente e prejudicado os usos múltiplos da água. Algumas cepas produzem florações nocivas liberando compostos neurotóxicos, hepatotóxicos ou irritantes à pele de seres humanos e animais, podendo ocasionar intoxicação e morte. A literatura reporta a ocorrência de um acidente em Caruaru, Pernambuco, onde faleceram 65 pacientes que faziam hemodiálise, devido à presença de microcistina-LR na água que consumiram. Esse estudo objetivou realizar uma revisão sobre a presença da toxina microcistina em água, os impactos e medidas de controle. Foram relatados os principais métodos utilizados para a remoção e quantificação da microcistina em água, bem como sua relação com a saúde humana.

Cyanobacteria are a group of prokaryotic microorganisms found in aquatic environments, which have been researched because of the ability to produce toxins that cause major public health impacts and environmental. The occurrence of seaweed buddings in reservoirs used for public supplying has been frequent, and has affected the multiple uses of the drinking water. Some strains of seaweed, in special the cyanobacterial, can produce toxins as the microcystins, which are responsible for the intoxication and death of animals and humans.The literature reports the occurrence of an accident in Caruaru, Pernambuco, where he died 65 hemodialysis patients who were due to the presence of microcystin-LR in water. This study aimed to perform a review of the presence of the toxin microcystin in water, impacts and control measures. Reported were the main methods used for the removal and quantification of microcystins in water and its relation to human health.

Comportamento do consumidor em relação ao uso da linhaça na alimentação / Views on the consumer’s opinion in using the linseed in diets

O comportamento dos consumidores quanto à linhaça foi avaliado por meio de pesquisa descritiva direta e estruturada em 395 consumidores. Neste contexto, foram investigados o perfil dos entrevistados, a inclusão de produtos contendo linhaça na alimentação, o conhecimento sobre os efeitos benéficos na saúde humana e os produtos contendo linhaça que despertariam interesse de consumo. Dos 395 entrevistados, 218 (55,2)relataram conhecer a linhaça. Quanto aos benefícios na saúde, os mais citados foram a regularização intestinal(n=94, 41,2) e a redução do colesterol (n=36, 15,8). Do total dos entrevistados, o iogurte à base de linhaça foi o que despertou maior interesse de compra (n = 52, 13,), seguido da barra de cereal (n = 47, 12,1). Observou-se correlação entre o conhecimento sobre os benefícios da linhaça e o consumo de produtos à base dessa semente, o que mostra a associação do uso da linhaça com a preocupação do consumidor na promoção da saúde e da qualidade de vida. Observou-se também que os participantes que tinham conhecimento sobre a semente, mas que não a consumiam, mostraram interesse em incluir os produtos à base de linhaça na alimentação. Esse fato indica um mercado a ser explorado e a necessidade de maior divulgação dos benefícios da linhaça.

Investigação da biossíntese de toxinas produzidas por cepas de cianobactérias / Investigation on the cyanobacterial strains toxins biossinthesys

A demanda crescente de água doce de boa qualidade são problemas atuais e mundiais, além do descaso com os dejetos lançados nos ambientes aquáticos que comprometem a qualidade dos recursos hídricos. Um dos parâmetros que atesta a potabilidade da água é a presença de cianobactérias e cianotoxinas. Cianobactérias são microrganismos procariontes aeróbicos fotoautróficos que sintetizam as cianotoxinas. Estes compostos podem ser classificados de acordo com seus mecanismos de ação em hepatotóxicos, neurotóxicos e dermatotóxicos. Por sua diversidade, representam diferentes riscos não só ao ecossistema e a outros organismos dos ambientes aquáticos, como também aos seres humanos. Esse projeto visou o isolamento e cultivo de cepas de cianobactérias produtoras de toxinas para a investigação da biossíntese desses compostos. Com este intuito, foram realizadas coletas de água em três reservatórios no estado de São Paulo e um no Paraná. Cepas de cianobactérais foram isoladas, identificadas e analisadas quanto à produção de toxinas. Uma cepa de Microcystis aeruginosa (LTPNA 02) produtora de microcistinas (MC-LR, MC-RR, MC-YR, MC-LF, MC-LW e desm-MC-LR e desm- MC-RR) foi escolhida para ser estudada frente diferentes condições de cultivo e ter o seu crescimento, produção de toxinas e expressão gênica estudados. Foram utilizados os meios de cultura já referidos na literatura: ASM-1 (N:P=1, 10 e 20), MLA (N:P=10), Bold 3N (N:P=16) e BG-11 (N:P=10 e 100). Para acompanhar o crescimento, dois métodos foram utilizados: contagem de células e espectrofotometria. As toxinas foram quantificadas por LC-MS - QTrap. A análise da expressão gênica foi realizada por reação de PCR em tempo real pelo método de quantificação relativa ΔΔCt. Foi observada diferença no crescimento da cepa estudada nos diferentes meios de cultivo empregados. A contagem das células permitiu a identificação das fases logarítmica e total de crescimento. Durante a fase logarítmica, três experimentos demonstraram...

There is a great concern these days about potable and good quality water due to the increase of the population needs and also to the arising problems with contamination caused by anthropogenic sources. The presence of cyanobacteria and cyanotoxins are some parameters that attest water potability. Cyanobacteria are prokaryotic aerobic photoautotrophic microorganisms that may synthesize cyanotoxins. These compounds can be classified as hepatotoxic, neurotoxic and dermatotoxic according to their action mechanisms. Because of their diversity, they may represent different risks, not only to their ecosystem and other aquatic living organisms, but also to human beings. The aim of this project was the isolation and cultivation of cyanotoxin-producing cyanobacteria for further investigation on the biosynthesis of these compounds. Water samples from three different reservoirs in São Paulo state and one in Paraná state were collected in order to isolate cyanobacteria strains and accomplish their identification and to evaluate the toxin production. The Microcystis aeruginosa (LTPNA 02) microcystin producer strain (MCLR, MC-RR, MC-YR, MC-LF, MC-LW, desm-MC-LR and desm-MC-RR) was chosen to be grown in different cultivation conditions and later analyzed for its growth rate, toxin production and gene expression. All culture media used in this research were chosen according to the literature: ASM-1 (N:P=1, 10 and 20), MLA (N:P=10), Bold 3N (N:P=16) and BG-11 (N:P=10 and 100). To evaluate growth rate, two techniques were used: cell counting and absorbance determination in two different wavelengths (680 nm and 750 nm). Toxins were quantified by LC-MS in a hybrid triple-quadrupole instrument (Qtrap). Gene expression was assessed by real time PCR, using the ΔΔCt relative quantification method. Cell counting allowed total growth and logarithmic phase identification. During the last, three experiments showed statistical difference from control group (p<0,05). Four experiments...

Oxidação de microcistinas-LR em águas pelo íon ferrato(VI) / Aqueous oxidation of microcystin-LR by ferrate(VI)

Toxinas de cianobactérias têm se tornado um grave problema na produção segura de água para consumo humano e animal. Técnicas convencionais de tratamento falham em atingir padrões de potabilidade. O ferrato(VI) de potássio, um composto oxidante e coagulante, mostra potencialidade no tratamento de águas contaminadas. Neste trabalho, são apresentados resultados da oxidação pelo ferrato(VI) de uma toxina gerada por cianobactérias, a microcistina-LR. Ensaios de cinética de oxidação e de teste de jarros mostram um valor médio de 0,012 min-1 para a constante de taxa de reação de pseudoprimeira ordem, para concentrações de MC-LR de 100 a 200 µg.L-1 na água bruta. Dosagens de 1,6 a 5,0 mg.L-1 de ferrato(VI) sugerem o atendimento ao padrão de potabilidade para microcistinas, mostrando que o oxidante poderá ser empregado como coadjuvante no tratamento de água.

Algae toxins are becoming a severe problem in the water treatment industry, especially for human and animal consumption. Traditional treatment processes have failed in complying with water supply standards. Potassium ferrate(VI) is a powerful oxidant, disinfectant and, also, a coagulant. In this paper, the results of microcystin-LR oxidation by ferrate(VI) ion are presented. Kinetic and jar tests showed a average value of 0,012 min-1 for the pseudo first order reaction rate constant, for 100 and 200 µg.L-1 concentration of MC-LR. Ferrate(VI) dosages between 1.6 and 5.0 mg.L-1 suggest that water supply standards for MC-LR can be reached, which means that the oxidant may be employed as coadjuvant in water treatment.

Adsorção em carvão ativado em pó para remoção de microcistina de água de abastecimento público / Powdered activated carbon adsorption for microcystin removal from public water supply

A ocorrência de florações de cianobactérias em mananciais de abastecimento público prejudica a qualidade da água, podendo, inclusive, ocasionar a presença de cianotoxinas. A dificuldade de remover as cianotoxinas da água motivou o presente trabalho, cujo objetivo foi o de avaliar a remoção da cianotoxina microcistina empregando diferentes carvões ativados em pó (CAPs). Os CAPs foram caracterizados quanto ao número de iodo, granulometria, distribuição e volume de poros, além das isotermas de Freundlich. Os resultados mostraram que os CAPs de madeira apresentaram os maiores valores do número de iodo, capacidade máxima adsortiva (qe, máx) e volume de microporos secundários e mesoporos. A adequada caracterização do CAP é uma etapa importante na sua aquisição pelas estações de tratamento de água, pois índices isolados podem não avaliar corretamente o CAP.

The cyanobacterial bloom's occurrence in sources of public supplying harms water quality, even causing cianotoxins presence. The difficulty of the cianotoxins removal from the water has motivated the present work, which objective was to evaluate the removal of the cianotoxin microcystin through the use of different powdered activated carbons (PACs). The PACs were characterized according to its iodine number, granulometry, distribution and volume of pores, besides the Freundlich isotherms. The results showed that the wood PACs presented the highest values of iodine number, maximum adsorptive capacity (qe, max) and volume of secondary micropores and mesoporos. The adequate characterization of the PACs is an important stage in its acquisition by the water treatment plants, because isolated indices can not evaluate the PACs correctly.

Desenvolvimento de técnicas de imunoensaio para detecção de microcistina em amostras ambientais / Development of immunoassay techniques to detect microcystin in environmental samples

A contaminação da água para consumo humano por toxinas produzidas por cianobactérias é um problema de saúde pública e das autoridades em todo o mundo. Microcistina-LR (MCLR) é uma cianotoxina heptapeptídica cíclica que inibe as proteínas fosfatases PP1 E PP2A nos hepatócitos. Microcistinas são produzidas por diversos gêneros de cianobactérias e mais de 70 variações estruturais têm sido caracterizadas em florações naturais. Por serem haptenos, as microcistinas são incapazes de induzir uma resposta imune em animais. Conseqüentemente, foi necessário aplicar métodos de conjugação envolvendo a adição de uma proteína carreadora, mcKLH (cationized Keyhole Limpet Hemocyanin). Portanto, o objetivo inicial desta tese foi o de obter anticorpos monoclonal (em camundongos) e policlonal (em coelho) anti- MCLR. Com relação ao anticorpo monoclonal foram obtidos 9 hibridomas (k₂9, k₂10, k₃17, k₂48, k₂84, k₂90, k₂161, k₂226, k₂232), sendo que apenas 5 se mostraram estáveis (k₂9, k₃17, k₂48, k₂84, k₂232). Estes foram selecionados para serem isotipados, expandidos em líquido ascítico, purificados em coluna cromatográfica de proteína-A e titulados. Dentre estes cinco hibridomas secretores de anticorpos, o clone k₃17 foi o que melhor reconheceu (mais específico) a toxina MCLR. Os anticorpos do sobrenadante de meio de cultura do hibridoma e o fluido ascítico purificado foram identificados pelo ensaio ELISA (Enzyme Linked Immunosorbent Assay) previamente padronizado. Mesmo sensibilizando a placa de ELISA com diferentes antígenos, tais como MCLR-cBSA, MCLR, MCLR, MCRR, MCYR e MCLA, o clone 17 foi o que apresentou melhor linearidade frente às variantes de microcistina. Portanto, o clone 17 (isótipo IgG1) obtido é muito promissor e será usado para detecção de MCLR na água para consumo humano através do...

The contamination of drinking water by cyanobacterial toxins is a public health issue and a concern for water authorities throughout the world. Microcystin-LR (MCLR) is a hazardous cyclic heptapeptide cyanotoxin, which inhibits protein phosphatase PP1 and PP2A in hepatocytes. Microcystins are produced by several genera of cyanobacteria and presents more than 70 structural variations characterized in natural blooms. As haptens, microcystins are unable to invoke an immune response in animals. Consequently, the application of conjugation methods with an additional carrier protein, the KLH (Keyhole Limpet Hemocyanin) was necessary. The main objective of this study was to obtain monoclonal (in mice) and polyclonal (in rabbits) antibodies for reacting against MCLR. In what refers to monoclonal antibodies, 9 hybridomas (k₂9, k₂10, k₃17, k₂48, k₂84, k₂90, k₂161, k₂226, k₂232) were obtained; however only 5 were stables (k₂9, k₃17, k₂48, k₂84, k₂232). These were selected to be isotyped, expanded in ascitic fluid, purified by protein-A column chromatography and then, they were titrated. Out of these five antibody-secretor hybridomas, clone k₃17 was the best to recognize (more specific) the MCLR toxins. Antibodies in hybridoma cell culture supernatant and purified ascites fluid were identified by ELISA assay (Enzyme Linked Immunosorbent Assay) as prior standardized. Even when sensitizing ELISA plate with different antigens, as MCLR-cBSA, MCLR, MCLR, MCRR, MCYR and MCLA, clone 17 presented the best linearity against microcystin variants. Therefore, the obtained clone 17 (isotype IgG1) is a promising clone and shall be used for detecting MCLR in drinking water through the development of a competitive ELISA immunoassay kit. In what refers to the polyclonal antibody, MCLR-mcKLH was used as...

A toxic cyanobacterial bloom in an urban coastal lake, Rio Grande do Sul state, Southern Brazil / Uma floração de cianobacterias em um lago costeiro urbano, Rio Grande do Sul, Brasil

Reports of cyanobacterial blooms developing worldwide have considerably increased, and, in most cases, the predominant toxins are microcystins. The present study reports a cyanobacterial bloom in Lake Violão, Torres, Rio Grande do Sul State, in January 2005. Samples collected on January 13, 2005, were submitted to taxonomical, toxicological, and chemical studies. The taxonomical analysis showed many different species of cyanobacteria, and that Microcystis protocystis and Sphaerocavum cf. brasiliense were dominant. Besides these, Microcystis panniformis, Anabaena oumiana,Cylindrospermopsis raciborskii, and Anabaenopsis elenkinii f. circularis were also present. The toxicity of the bloom was confirmed through intraperitoneal tests in mice, and chemical analyses of bloom extracts showed that the major substance was anabaenopeptin F, followed by anabaenopeptin B, microcystin-LR, and microcystin-RR.

O número de relatos de ocorrências de florações de cianobactérias em todo o mundo vem aumentando consideravelmente e na maioria desses episódios, as toxinas dominantes são as microcistinas. O presente estudo relata a ocorrência de floração na Lagoa do Violão, município de Torres, RS, em janeiro de 2005. As amostras coletadas em 13/01/2005 foram submetidas a estudos taxonômicos, toxicológicos e químicos. O exame microscópico do fitoplancton mostrou a dominância das espécies Microcystis protocystis e Sphaerocavum cf. brasiliense; foram observadas, também, Microcystis panniformis, Anabaena oumiana,Cylindrospermopsis raciborskii e Anabaenopsis elenkinii f. circularis. A toxicidade da floração foi confirmada através de ensaio intraperitonial em camundongos e a análise química de extratos obtidos da biomassa liofilizada mostrou que a substância majoritária era a anabaenopeptina F, seguida por anabaenopeptina B, microcistina-LR e microcistina-RR.

Microcistina en plantas de tratamiento de agua para consume humano en un ambiente tropical: el Area Metropolitana de Costa Rica / Microcystin in plants that treat water for human consumption in a tropical environment: the Metropolitan Area of Costa Rica

We measured microcystin levels in water of the Metropolitan Area of Costa Rica by competitive inhibition ELISA and we quantified total coliforms, fecal coliforms, Escherichia coli (by a Most Probable Number method) and aerobic count. We wanted to identify any cyanotoxin correlation with these parameters, as a public health risk. We sampled in the rainy season of 2003 (April-October) and in the dry season of 2004 (February-March) (30 samples/season). We sampled pre-treated, semi-treated and treated water. Microcystin levels < 0.5 ppb were found in the rainy season (and > 0.5 ppb in the dry season). Dry season levels exceeded World Health Organization limits (1.0 ppb). Cyanotoxins occurred in the Tres Rios plant. We did not find a correlation between these microbiologic parameters of water quality and microcystin levels in water.

Se midió la presencia de microcistina en el Área Metropolitana de Costa Rica por la técnica de ELISA de inhibición competitiva y se cuantificó coliformes totales, coliformes termotolerantes, Escherichia coli (por medio de la técnica Numero Más Probable) y recuento total aerobio. Se realizaron dos etapas de muestreo, una durante la estación lluviosa del 2003 (abril-octubre) y otra durante la estación seca del 2004 (febrero-marzo), cada una con 30 muestras de agua. Se muestreó agua pretratada, semitratada y tratada. Se determinaron niveles de microcistina < 0.5 ppb durante la estación lluviosa del 2003, mientras que durante la estación seca, se detectaron concentraciones de microcistina > 0.5 ppb. Se informó la presencia de cianotoxinas en la Planta de Tratamiento de Tres Ríos. No se establece correlación entre los parámetros microbiológicos de calidad del agua y las concentraciones de microcistina en el agua. Los estudios deberían considerar la diversidad y toxicidad de cianobacterias en estas plantas, los efectos del tratamiento, y presencia de otros microorganismos y sustancias (dióxido de carbono, fósforo, Nitrógeno), sobre la presencia, estructura y efecto de estas toxinas.

Occurrence of toxin-producing cyanobacteria blooms in a Brazilian semiarid reservoir

We report the occurrence of cyanobacterial blooms and the presence of cyanotoxins in water samples from the Armando Ribeiro Gonçalves reservoir (06° 08’ S and 37° 07’ W), located in the state of Rio Grande do Norte, in the semiarid region of northeastern Brazil. The cyanobacterial species were identified and quantified during the rainy and dry seasons in the year 2000. Cyanotoxins such as microcystins, saxitoxins and cylindrospermopsins were analyzed and quantified using HPLC and ELISA methods. The mixed toxic blooms of Cylindrospermopsis raciborskii, Microcystis spp (M. panniformis, M. protocystis, M. novacekii) and Aphanizomenon spp (Aphanizomenon gracile, A. cf. manguinii, A. cf. issastschenkoi) were persistent and represented 90-100% of the total phytoplankton species. Toxic cyanobacterial blooms from the Armando Ribeiro Gonçalves reservoir were analyzed and found to have three phases in relation to the annual cycle. During the rainy season, an intense toxic bloom of Cylindrospermopsis raciborskii was recorded along with saxitoxins (3.14 µg.L-1). During the transition period, between the rainy and dry seasons, different species of Microscytis occurred and microcystin as high as 8.8 µg.L-1 was recorded. In the dry season, co-dominance of Cylindrospermopsis raciborskii, Microcystis spp and Aphanizomenon spp occurred and the concentrations of saxitoxin remained very low. Our results indicate the presence of microcystins (8.8 µg.L-1) and saxitoxins (3.14 µg.L-1) into the crude water, with increasing concentrations from the second fortnight of April to late May 2000. The occurrence of toxic blooms in this reservoir points to a permanent risk of cyanotoxins in supply waters, indicating the need for the implementation of bloom control measures to improve the water quality. Exposure of the local population to cyanotoxins through their potential accumulation in fish muscle must also be considered.

Nós relatamos a ocorrência de florescimentos de cianobactérias e a presença de cianotoxinas em amostras de água do reservatório Armando Ribeiro Gonçalves (06° 08’ S; 37° 07’ W) situado no Estado do Rio Grande do Norte, na região semi-árida do Brasil. Cianobactérias foram identificadas e quantificadas nos períodos seco e chuvoso do ano 2000. Cianotoxinas tais como, microcistinas, saxitoxinas e cilindrospermopsinas foram quantificadas por HPLC e ELISA. Florescimentos tóxicos mistos de Cylindrospermopsis raciborskii, Microcystis spp (M. panniformis, M. protocystis, M. novacekii) e Aphanizomenon ssp (Aphanizomenon gracile, A. cf. manguinii, A. cf. issastschenkoi) foram persistentes e representaram 90-100% da comunidade fitoplanctônica ao longo do período estudado. No período de chuvas, florescimentos tóxicos de Cylindrospermopsis raciborskii coincidiram com maiores valores de saxitoxinas (3,14 µg.L-1). Entre o período de chuva e estiagem, ocorreram florescimentos tóxicos de Microcytis spp, excedendo o valor mínimo aceitável para consumo humano (8,8 µg.L-1). Na estiagem, baixas concentrações de saxitoxinas foram detectadas em florescimentos menos intensos com co-dominância de Cylindrospermopsis raciborskii, Microcystis spp e Aphanizomenon spp. Nossos resultados revelaram a presença de microcistinas (8,8 µg.L-1) e saxitoxinas (3,14 µg.L-1) na água bruta, a partir da segunda quinzena de abril até o final de maio de 2000. A ocorrência de blooms tóxicos de cianobactérias no reservatório em estudo aponta um risco permanente de cianotoxinas em águas de abastecimento e indica a necessidade da implementação de medidas de controle das florações, visando à melhoria da qualidade da água. A exposição das populações locais às cianotoxinas, pela sua potencial acumulação em musculatura de peixes, também deve ser considerada.

Hepatotoxicidade da cianotoxina microcistina / Hepatotoxicity of the microcystin cyanotoxin

Constitui interesse emergente em saúde pública avaliar a possibilidade de intoxicação humana por biotoxinas de algas cianofíceas, principalmente as hepatotoxinas do grupo das microcistinas. A microcistina, um heptapeptídeo monocíclico, é produzida principalmente pela cianobactéria Microcistis aeruginosa. São caracterizadas por alguns aminoácidos variáveis, dois deles com uma estrutura não usual que possuem importante papel na hepatotoxidade da microcistina. Apesar do acometimento humano atribuído as microcistinas incluírem gastroenterite, reações alérgicas ou irritativas, neurotoxicidade, o principal alvo da toxina é o fígado. Nos hepatócitos as microcistinas são carreadas pelo sistema transportador do ácido biliar, inibindo a atividade da proteína fosfatase no citoplasma. A inibição leva a mudanças morfológicas na membrana plasmática pela hiperfosforilação de citoqueratinas, e à atividade de promoção tumoral pelas proteínas hiperfosforiladas. Os métodos de detecção e quantificação de microcistinas no ambiente incluem a cromatografia líquida, o bioensaio em camundongos e os testes imunoenzimáticos. O último vem ganhando destaque pela praticidade e alta sensibilidade.

At public health, there is increasingly interest on evaluating the possibility of human intoxication by biotoxins from blue-green algae, mainly the hepatotoxins from the microcystin group. Microcystin, a monocyclic heptapeptide, is mainly produced by a cyanobacteria called Microcistis aeruginosa. It is characterized by a few variable amino acids, from which two of them have an unusual structure and play an important role in the hepatotoxicity of the microcystin. Although human illnesses include gastroenteritis, allergic or irritative reactions, and neurotoxicity, the main target of this toxin is the liver. Inside the hepatocytes, microcystins are carried by the transportation system of the bile acid, inhibiting the activity of the protein phosphatase in the cytoplasm. This inhibition causes a morphologic change in the plasmatic membrane because of the hyperphosphorylation of cytokeratins, and also the tumoral promotion by the hyperphosphorylated proteins. The techniques used in the detection and quantification of the microcystins in the environment include liquid chromatography, bioanalysis of mice, and immunoenzymatic tests using mono and polyclonal antibodies against those toxins. The latter has been remarked because of its practicality and its high sensibility.