Cianobactérias e Suas Toxinas
Universidade Federal do Piauí
Campus Ministro Reis Velloso
Curso: Engenharia de pesca
Disciplina: Limnologia biótica
Ministrante: Janaína Araújo
TRBALHO DE LIMNOLOGIA BIÓTICA
Rafael Melo Sousa
Parnaíba – PI
Maio de 2009
Cianotoxinas
As cianobactérias (algas azuis) são microrganismos presentes em ambientes aquáticos e vêm sendo cada vez mais pesquisadas devido a sua capacidade de produção de toxinas, em alguns casos, altamente prejudiciais à saúde humana e animal. Essas toxinas, denominadas cianotoxinas, são responsáveis por alterações organolépticas das águas e têm sido causadoras de graves intoxicações pela ingestão e contato com corpos d'água contaminados. Conhecer essas cianotoxinas envolve a disponibilidade de técnicas analíticas sofisticadas, além de métodos definidos e validados. As cianobactérias, também conhecidas como cianofíceas, são microrganismos procarióticos (não possuem qualquer tipo de membrana para compartimentalização de DNA e outras organelas), autótrofos (produzem seu próprio alimento por meio de fotossíntese) e são capazes de se desenvolver em mananciais superficiais, especialmente aqueles com elevados níveis de nutrientes.
O aumento das atividades urbanas e industriais, assim como a descarga de seus efluentes acarretam o acúmulo de nutrientes limitantes como o fósforo e nitrogênio nos corpos d'água. Ao fenômeno causado pelo excesso desses compostos nutrientes dá-se o nome eutrofização, que aliado à elevação da temperatura, tem como uma das conseqüências, a rápida proliferação de organismos heterotróficos no ambiente aquático, conhecida como "floração" ou "bloom" (Carneiro & Leite, 2007).
As cianobactérias têm sido estudadas no ramo alimentício, farmacêutico e agrícola pelo seu alto valor nutritivo, possível potencial farmacológico e pela influência que exercem sobre a fertilidade de solos e águas e ainda na produção de biodisel. Entretanto, algumas espécies de cianobactérias têm a capacidade de produzir metabólitos secundários que dão gosto e odor desagradáveis à água, além de poderosas toxinas. Daí seu principal interesse e estudos sobre os impactos no meio ambiente e na saúde. No Brasil, entre os gêneros potencialmente nocivos, destacam-se Microcystis, Anabaena, Cylindrospermopsis, Oscillatoria, Planktothrix e Aphanocapsa (Calijuri, 2006).
Denominadas cianotoxinas, essas substâncias causam graves injúrias a animais terrestres, aquáticos e humanos, através da ingestão ou contato com a água contaminada. As principais e mais perigosas toxinas produzidas por esses gêneros de cianobactérias são Microcistinas, Nodularinas, Anatoxinas, Cilindrospermopsinas e Saxitoxinas. As cianotoxinas são classificadas como hepatotóxicas, neurotóxicas, citotóxicas.
Classificação das cianotoxinas
Hepatotoxinas:
São toxinas que causam a necrose do fígado e morte por hemorragia. A maioria das hepatotoxinas, incluindo a microcistina-LR, é hidrofílica,não atravessando as membranas celulares, sendo assim transportadas para o fígado através de transportadores iônicos multiespecíficos presentes nos canais biliares e no intestino delgado (RunnegaretaI.,1991).Aí exercem ação sobre a estrutura dos hepatócitos atrofiando-os, impedindo o contacto entre eles e provocando hemorragias que fazem aumentar o peso do fígado e que poderão ser fatais. Este processo é irreversível pelo que, mesmo não havendo letalidade, as lesões persistem verificando-se disfunção hepática. A grande chamada de sangue ao fígado provoca falhas cardíacas, daí arápida letalidade (e.g. 20 minutos após injecção intraperitoneal de uma estirpe de Microcysti s(Vasconcelos,1994)).O atrofiamento do citoesqueleto dos hepatócitos dá-se devido à ação inibitória que as microcistinas e as nodularinas exercem nas fosfatases proteicas (enzimas reguladoras da síntese proteica), essenciais à sua manutenção (Carmichael, 1994). São estes mecanismos de interferência com as fosfatasses protéicas que tornam as hepatotoxinas promotoras de tumores (Nishiwaki-Matsushima et al., 1992). Ex: Microcistinas, Nodularinas (Microcystis, Nodularia, Oscilatória, Anabaena, Planktothrix, Nostoc, Anabaenopsis.).
Neurotoxinas:
Toxinas que atuam no sistema neuromuscular causando a paralisação dos músculos esqueléticos, respiratórios e causando morte por parada respiratória. Essas neurotoxinas inibem a condução nervosa por bloqueamento dos canais de sódio, afetando ou a permeabilidade ao potássio ou a resistência das membranas. Os sinais clínicos de intoxicação humana incluem tontura, adormecimento da boca e de extremidades, fraqueza muscular, náusea, vômito, sede e taquicardia. Os sintomas podem começar cinco minutos após a ingestão e a morte pode ocorrer entre 2 a 12 horas. Em casos de intoxicação com dose não letal, geralmente os sintomas desaparecem de um a seis dias (Carmichael, 1994). Entretanto, não se tem conhecimento de efeitos crônicos por falta de estudos de longa duração com animais. Ex: Saxitoxinas, Anatoxinas (Aphanizomenon, Oscilatoria, Anabaena, Cylindrospermopsis raciborskii, Planktothrix, Lyngbya.).
Citotoxinas:
A ação das citotoxinas resulta da inibição da síntese protéica causando alterações citológicas essencialmente no fígado, mas também no baço, rins, pulmões e coração (Hawkinsetal.,1997; Runnegaretal.,1995a). Falconer & Humpage (2001) encontraram evidências experimentais. Ex: Debromoaplisiotoxina, Lingbiatoxina-a, Cilindrospermopsina (Cylindrospermopsis, Aphanizomenon, Umezakia, Schisothrix, Planktothrix, Lyngbya.).
Dermatotoxinas:
São toxinas que produzem substâncias prejudiciais a pele. Ex: Lyngbiatoxina,
Toxinas
Microcistinas:
As microcistinas, hepatotoxinas mais comumente encontradas em blooms de água doce, são peptídeos cíclicos formados por sete aminoácidos (heptapeptídeos cíclicos) de pesos moleculares (PM's) entre 800 e 1100. Essas toxinas são caracterizadas de acordo com o arranjo dos aminoácidos na molécula e podem levar à morte em algumas horas por hemorragia no fígado. Cerca de 60 variações estruturais de microcistinas já foram identificadas. As mais conhecidas são MC-RR; MC-YR; MC-LR e MC-LA (Chorus e Bartram ed., 1998). Ex: Microcystis, Planktothrix, Nostoc, Anabaena, Anabaenopsis.
Nodularinas:
Nodularinas são peptídeos cíclicos hepatotóxicos formados por cinco aminoácidos (pentapeptídeos cíclicos). Assim como as microcistinas, as nodularinas são solúveis em água e apresentam alta estabilidade química, o que traz importantes implicações sobre sua persistência no meio ambiente e exposição a humanos nos corpos d'água. Poucas variações de nodularinas foram identifcadas e sua toxicidade, segundo experimentos em animais, é dada por hemorragia e necrose de hepatócitos, além de carcinogênese de fígado (Chorus e Bartram ed., 1998). Ex: Nodularia.
Anatoxinas:
Anatoxina e suas variantes são alcalóides neurotóxicos de baixo peso molecular e alta toxicidade ela tem uma ação pós-sináptica de despolarização e bloqueio da atividade neuromuscular. Estudos em ratos demonstraram valores de DL50 entre 200 e 250 µg.kg-1 para anatoxina-a e homoanatoxina-a. Para anatoxina(s), a DL50 foi de 20 µg.kg-1 de peso corpóreo (Carmichael et al., 1990). Ex: Anabaena, Planktothrix, Aphanizomenon
Cilindrospermopsinas:
A cilindrospermopsina é um alcalóide guanidínico cíclico hepatotóxico, de peso molecular (PM) 415. Em sua forma pura, afeta principalmente o fígado, além de induzir sintomas patológicos nos rins e coração, ela provoca o deslocamento dos ribossomos para o centro da célula e também acumulação de gotículas de gordura na porção central dos lóbulos hepáticos. Essa toxina apresenta DL50 de 2,1 mg.kg-1 em 24 horas e 0,2 mg.kg-1 em 5-6 dias, segundo bioensaios realizados em ratos (Ohtani et al., 1992). Também conhecidas como PSP's (Paralytic Shellfi Poisons). Ex: Cylindrospermopsis, Aphanizomenon, Umezakia.
Saxitoxinas:
As saxitoxinas são um grupo de alcalóides carbamatos neurotóxicos, produzidas por cianobactérias de águas marinhas ou doces. Intoxicações por essas substâncias, de acordo com bioensaios em ratos, causaram uma morte rápida (2 -30minutos) por parada respiratória, devido ao bloqueio dos canais de sódio. Saxitoxina e seus análogos, apresentam diferentesestruturas químicas e, consequentemente, diferentes toxicidades (Calijuri, 2006). Ex: Aphanizomenon, Anabaena, Cylindrospermopsis, Lyngbya.
debromoaplisiotoxina:
A debromoaplisiotoxina é uma citotoxina alcalóide que atinge a pele e o trato intestinal. Ex: Schisothrix, Planktothrix, Lyngbya.
Lingbiatoxina-a:
Lingbiatoxina-a é uma toxina alcalóide que como a debromoaplisiotoxina atinge a pele e o trato intestinal. Ex: Lyngbya.
Imagens de algumas cianofíceas produtoras de toxinas:
Anabena
Aphanizomenon
Cylindrospermopsis
LyngbyaMicrocystis
Nodularia
Imagem de uma lagoa contaminada por cianofíceas:
Casos clínicos de intoxicações por cianotoxinas
As intoxicações de populações humanas pelo consumo oral de água contaminada por cepas tóxicas de cianobactérias já foram descritas em países como Austrália, Inglaterra, China e África do Sul (Falconer, 1994).
Em nosso país, o trabalho de Teixeira et al. (1993) descreve uma forte evidência de correlação entre a ocorrência de florações de cianobactérias, no reservatório de Itaparica (Bahia) e a morte de 88 pessoas, entre as 200 intoxicadas, pelo consumo de água do reservatório, entre março e abril de 1988.
Entretanto, o primeiro caso confirmado de mortes humanas causadas por cianotoxinas ocorreu no início de 1996, quando 130 pacientes renais crônicos, após terem sido submetidos a sessões de hemodiálise em uma clínica da cidade de Caruaru (PE), passaram a apresentar um quadro clínico compatível com uma grave hepatotoxicose. Desses, 60 pacientes vieram a falecer até 10 meses após o início dos sintomas.As análises confirmaram a presença de microcistinas e cilindrospermopsina, no carvão ativado utilizado no sistema de purificação de água da clínica, e de microcistinas em amostras de sangue e fígado dos pacientes intoxicados (Azevedo, 1996; Carmichael et al., 1996; Jochimsen et al., 1998; Pouria et al., 1998 e Carmichael et al., 2001). Além disso, as contagens das amostras do fitoplâncton do reservatório que abastecia a cidade demonstraram uma dominância de gêneros de cianobactérias comumente relacionados com a produção de cianotoxinas.
Detecção de cianotoxinas
Métodos para detecção, identifcação e quantifcação de cianotoxinas podem variar de acordo com a sofsticação e o tipo de informações que proporcionam. Em campo, testes rápidos e de baixo custo podem ser empregados para avaliação do grau de risco de uma foração e direcionar as medidas a serem tomadas.Por outro lado, técnicas analíticas mais sofsticadas podem determinar com maior precisão a identidade e quantidade das cianotoxinas. Os métodos analíticos hoje disponíveis para essa finalidade se dividem em físico-químicos (HPLC-UV; HPLC-PDA; eletroforese capilar; LC/MS); bioquímicos (ensaio de inibição de fosfatase; ensaio de inibição de acetilcolinesterase; ELISA) ou biológicos(bioensaios;testes de toxicidade).Segundo Guia da Organização Mundial da Saúde "Toxic Cyanobacteria in Water", após clean-up das amostras, nodularinas, microcistinas (Lawton et al., 1994) e cilindrospermopsina (Hawkins et al., 1997) podem ser detectadas por sistemas de HPLC acoplados a PDA ou espectroscopia de massas. Já para a quantifcação de saxitoxinas é proposto método por HPLCcom detecção por fuorescência (Oshima, 1995).
Também pode-se utilizar sensores baseados em medida de
impedância elétrica para estimativa de concentrações e classificação de
matérias componentes em amostras líquidas tem se desenvolvido rapidamente nos
últimos anos. Comumente chamado de língua eletrônica (EMBRAPA, 2002), esses
sensores têm sido aplicados para detecção, estimativa da concentração e
controle da qualidade de bebidas como sucos, vinhos, água, e café (RIUL et al.,
2002); MARTINEZ-MÁÑEZ et al., (2005), além da detecção do princípio ativo de
certas substâncias encontradas em fármacos (RAHMAN et al., 2004). A base do
sensor é um microeletrodo interdigitado de ouro construído sobre um substrato
de vidro. A geometria do microeletrodo sugere um capacitor planar composto por
dígitos (fingers) interpostos (igualmente separados) com dois terminais que
permitem medidas da sua interação com o líquido. Um sistema sensor língua eletrônica
é aquele que é capaz de produzir uma "impressão digital química" de
um ambiente químico desconhecido em um líquido.
Referências bibliográficas:
CARNEIRO, Talita & LEITE, Flavio. Cianobactérias e suas toxinas. São Paulo. 2007.
SILVA, Sandra. Biodisponibilidade de Cianotoxinas em Bivalves. Faculdade de ciências do porto. 2007.
MINISTÉRIO DA SAÚDE. Cianobactérias Tóxicas na Água para Consumo Humano na Saúde Pública e Processos de Remoção em Água para Consumo Humano. Brasília 2003.
EMBRAPA, Sistema Sensor para Detecção de Cianobactérias e Toxinas Relacionadas em Amostras Líquidas. São Paulo. 2007.
BARBOSA, Danilo & OLIVEIRA, Eduardo. Cianobactérias de água doce e saúde pública: uma revisão. Brasília. UniCEUBE. 2007.
Autor: Rafael Sousa
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