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.

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...

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...

PCR-based detection of microcystin-producing cyanobacterial blooms from Central India.

Microcystin synthetase-gene-specific primers were used to identify hepatotoxic microcystin producing genotypes in six Microcystis spp.-dominant water blooms. Four blooms gave positive PCR reaction. They produced microcystin-RR and -LR amounting to 0.037 to 0.095% of the dry mass.