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.

Cylindrospermopsis raciborskii (Cyanobacteria, Nostocales) productora de microcistinas en Corrientes, Argentina / Cylindrospermopsis raciborskii (Cyanobacteria, Nostocales) producing microcystins in Corrientes, Argentina

Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszyn´ ska) Seenayya et Subba Raju 1972 es una especie capaz de generar diversas toxinas que impactan negativamente sobre la calidad del agua destinada al consumo humano así como a otros usos de la misma. Cepas del hemisferio norte producen la hepatotoxina cilindrospermopsina, mientras que las sudamericanas generan las toxinas neurotóxicas saxitoxinas. No se ha reportado hasta el momento la producción de microcistinas por parte de esta especie El objetivo del presente estudio fue analizar la presencia de microcistinas en el agua del Arroyo Yatay en Corrientes, Argentina, y de cilindrospermopsina, saxitoxinas y microcistinas en cepas de C. raciborskii aisladas del mismo, mediante el ensayo por Inmuno Absorción Ligado a Enzimas (ELISA). Los resultados dieron negativos para microcistinas en el agua cruda, así como de cilindrospermopsina y saxitoxinas en el cultivo algal. Sin embargo, en el agua del cultivo se detectaron concentraciones de 2,34-2,50 µg. L-1 de microcistina-LR, confirmándose posteriormente su presencia mediante su análisis por Cromatografía Líquida de Alta Resolución (HPLC). En estudios posteriores se deberán realizar análisis moleculares a los fines de establecer la caracterización genética de la cepa en estudio e investigar su relación filogenética con otras cepas provenientes de diversos ambientes a nivel mundial.

Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszyn´ ska) Seenayya et SubbaRaju 1972 is a species capable of generating toxins that negatively impact on drinking water quality as well as other water uses. Northern strains can produce the hepatotoxin cylindrospermopsin, while southern strains can produce the neurotoxin saxitoxins. Microcystins production by this species has not been reported to date.The aim of this study was to analyze the presence of microcystins in raw water of Steam Yatay in Corrientes, Argentina, and cylindrospermopsin, saxitoxins and microcystins in strains of C. raciborskii isolated from that stream, by means of Enzyme-Linked Immuno Sorbent Assay (ELISA).Results were negative for microcystins in raw water, as well as for cylindrospermopsin and saxitoxins in algal culture. Microcystins were detected in algal culture by ELISA test, at concentrations of 2.34-2.50 µg. L-1 of microcystin-LR, and subsequent confirmation by means of High Performance Liquid Chromatography (HPLC). Molecular studies should be carried out in the future to establish the genetic characterization of the strain under study and investigate their phylogenetic relationship with other strains from diverse environments.

Efeitos das microcistinas sobre funções de neutrófilos / Effects of microcystins on functions of neutrophils

Microcistinas (MCs) são heptapeptídeos cíclicos produzidos por cianobactérias e possuem potente hepatotoxicidade e atividade promotora de tumor. Em intoxicações agudas induzidas por MCs ocorre infiltração leucocitária no foco inflamatório. Embora os mecanismos de hepatotoxicidade não são claros, o recrutamento de neutrófilos no fígado pode contribuir ao dano tecidual e desenvolvimento tumoral causados por xenobióticos. O objetivo dessa tese foi investigar os efeitos de três estruturalmente distintas MCs (MC-LA, MC-YR e MC-LR) nas seguintes funções de neutrófilos: síntese e expressão de moléculas de adesão, rolamento, adesão, migração e liberação de citocinas e de ROS. Nos ensaios de migração em bolsa de ar, as três MCs induziram similarmente a migração leucócitos in vivo em tecido subcutâneo de ratos e diferencialmente a secreção citocinas pró-inflamatórias (CINC, IL-1β, TNF-α, VEGF-α e MIP) no exsudato. Concentrações elevadas de CINC-2αβ foram encontradas nos exsudatos inflamatórios de animais após injeção de MC-LA, MC-LR ou MC-YR. MIP-2 elevou-se apenas em exsudatos de animais expostos a MC-LR. Não foram observadas alterações em secreção de IL-1β, TNF-α e VEGF-α...

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...

Occurrence of Microcystis aeruginosa and microcystins in Rio de la Plata river (Argentina)

This paper is the first report on microcystins producer blooms of Microcystis aeruginosa in the Argentinean coast of the R¨ªo de la Plata river, the most important drinkingwater supply of Argentina. The distribution of toxic cyanobacterium Microcystis cf. aeruginosa blooms in the Argentinean coast of the Rio de la Plata river was studied from December 2003 and January 2006. Microcystis aeruginosa persisted in the river with values ranged between 0 -7.8 104 cells ml-1. Samples of two Microcystis aeruginosa water blooms were collected at La Plata river and were analyzed by the mouse bioassay and by high-performance liquid chromatography with Diode-array and MS detector. The samples showed high hepatotoxicityin mouse bioassay and, in accordance, important amount of microcystins. The bloom samples contained microcystins LR and a variant of microcystin with a molecular ion [M+H]+= 1037.8 m/z as major components. The total toxin content found in these samples was 0.94¦Ìg/mg and 0.69¦Ìg/mg of lyophilised cells. We conclude that the presence of toxic clones of Microcystisaeruginosa in the Argentinean coast of the Rio de la Plata is an actual sanitary and environmental problem and that further studies are necessary to make the risk assessment.

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.