Anabaena circinalis es una especie de cianobacterias fotosintéticas gramnegativas comunes a los ambientes de agua dulce en todo el mundo. Gran parte del interés científico en A. circinalis se debe a su producción de varias cianotoxinas potencialmente dañinas, cuya potencia varía de irritante a letal. [1] En condiciones favorables para el crecimiento, A. circinalis forma grandes floraciones parecidas a algas, que pueden dañar la flora y la fauna de un área.
Anabaena circinalis | |
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Filamento de Anabaena circinalis | |
clasificación cientifica | |
Dominio: | Bacterias |
Filo: | Cianobacterias |
Clase: | Cianofíceas |
Pedido: | Nostocales |
Familia: | Nostocaceae |
Género: | Anabaena |
Especies: | A. circinalis |
Nombre binomial | |
Anabaena circinalis Rabenhorst ex Bornet y Flahault, 1886 |
Morfología
Anabaena circinalis exhibe una morfología filamentosa, cada filamento una cadena de células específicas de la tarea. La aparición de la diferenciación celular supuso un gran salto evolutivo; marcando a las cianobacterias como uno de los primeros organismos multicelulares en la Tierra. [2] En el filamento de A. circinalis , las estructuras más numerosas son las células vegetativas , responsables de la fotosíntesis de azúcares de alta energía a partir del carbono ambiental, el agua y la luz solar. La energía de la fotosíntesis se utiliza, en parte, para la biosíntesis de materiales celulares a partir de compuestos nitrogenados. Durante los períodos en los que el nitrógeno combinado (por ejemplo, amoníaco o nitrato) no está disponible, A. circinalis forma heterocistos, células más grandes, redondas y fijadoras de nitrógeno que se encuentran cada diez a veinte células aproximadamente en el filamento. Los heterocistos funcionan para convertir el nitrógeno ambiental (N 2 ) en compuestos como amoníaco o nitrato. La nitrogenasa , una enzima sensible al oxígeno, es esencial para esta conversión. Para el correcto funcionamiento de la nitrogenasa, el entorno intracelular del heterociste debe ser anaeróbico , tarea que se logra mediante la estructura impermeable al oxígeno de la pared del heterociste. [3] Aunque funcionan independientemente unas de otras, las células vegetativas y los heterocistos son esenciales para la supervivencia del organismo; las células vegetativas proporcionan azúcares ricos en energía al organismo, mientras que los heterocistos fijan nitrógeno para la producción de aminoácidos y la biosíntesis celular. También se encuentran a lo largo de los filamentos las vacuolas de gas , compartimentos especializados que se inflan o desinflan con aire para proporcionar un movimiento hacia arriba o hacia abajo. [4] Esta adaptación coloca a A. circinalis a una profundidad favorable, determinada por la luz solar disponible, la temperatura del agua o la concentración de O 2 . Con condiciones ambientales óptimas, Anabaena circinalis crece sin control, formando grandes flores que aparecen como un limo verdoso en la superficie del agua (fig. 2). En condiciones difíciles, A. circinalis forma células parecidas a esporas llamadas akinetes . Los Akinetes son resistentes a las bajas temperaturas, la desecación y la oscuridad. A menudo, los akinetes hibernarán en sedimentos hasta que las condiciones ambientales permitan la germinación y el rebrote. [5]
Neurotoxinas
Las cepas norteamericanas y europeas de Anabaena circinalis producen anatoxina-a , una de las primeras neurotoxinas cianobacterianas identificadas. [6] A finales de la década de 1950, la investigación comenzó en serio después de varias muertes de ganado atribuidas al agua potable contaminada. [6] Debido en parte al tiempo relativamente corto desde la ingestión hasta la muerte, la toxina fue acuñada ominosamente Factor de Muerte Muy Rápido (VFDF). La anatoxina-a funciona como un agonista nicotínico postsináptico , uniéndose a los receptores de acetilcolina en las uniones neuromusculares. Sin embargo, a diferencia de la acetilcolina, la anatoxina-a no es degradable por la colinesterasa, lo que resulta en una contracción muscular persistente. Esta interrupción se presenta como pérdida de coordinación, parálisis, espasmos musculares, dificultad para respirar y posiblemente la muerte. [6] Dejando de lado la toxicidad biológica, las floraciones de Anabaena circinalis tienen el potencial de perturbar las áreas de pesca comercial, las instalaciones de tratamiento de agua y las vías fluviales recreativas. Agregue a esto el alto costo del monitoreo de toxicidad, y es evidente que Anabaena circinalis también puede tener un impacto económico perjudicial. [7] En algunos entornos de agua dulce de Australia, se sabe que A. circinalis produce toxinas paralíticas de los mariscos ( PST ), [8] una neurotoxina que también se encuentra en algunos dinoflagelados marinos. La intoxicación severa por PST puede resultar en una enfermedad potencialmente fatal conocida como intoxicación paralítica por mariscos ( PSP ). Los PST pertenecen a una clase de venenos conocidos como saxitoxinas , que se encuentran entre las sustancias más tóxicas producidas naturalmente. La intoxicación por saxitoxina comienza con el bloqueo de los canales de sodio y potasio, lo que conduce rápidamente a una disminución de los potenciales de acción neuronales, parálisis flácida, paro respiratorio y, finalmente, la muerte. [9]
Filogenia
Independientemente de la ubicación geográfica, A. circinalis es monofilético , habiendo evolucionado a partir de un ancestro cianobacteriano hace aproximadamente 1-2 mil millones de años. [5] Debido a que A. circinalis productora de PST es morfológicamente similar a las cepas que no son PST, se están haciendo intentos para subdividir estas poblaciones aún más. Históricamente, se han empleado cebadores de PCR para aislar y analizar ARNr 16S , una región muy conservada de la subunidad ribosómica de las cianobacterias. Sin embargo, los ensayos más nuevos que se centran en las variaciones de bases en los genes rpoC1 han demostrado ser más precisos tanto a nivel de género como de especie. Esta precisión proporciona una determinación cada vez más precisa de la presencia o ausencia de PST entre las especies de A. circinalis . [10]
Aplicaciones
Las toxinas producidas por Anabaena circinalis (y especies similares) se encuentran en muchos análogos diferentes, cada uno de los cuales varía en toxicidad. Los experimentos de biotransformación se han mostrado prometedores en la conversión química de PST altamente tóxicos en formas menos tóxicas. Este proceso puede proporcionar una forma de desintoxicar las flores peligrosas antes de que causen daños irreparables. Además, algunas formas de PST se han mostrado prometedoras como anestésicos de larga duración para diversas afecciones médicas crónicas. [11] El ejército de los Estados Unidos ha investigado la saxitoxina desde la década de 1950, nombrando a la toxina Agente TZ . En 1960, mientras pilotaba el ahora infame ' Incidente U-2 ' sobre el espacio aéreo ruso, se rumoreaba que el piloto de la CIA Francis Gary Powers había tomado una "píldora suicida" de saxitoxina, que luego fue criticado por no usar en su captura. [12] Desde entonces, investigadores militares han descubierto que la dispersión en aerosol de la saxitoxina tiene una toxicidad mucho mayor que la del gas nervioso sarín y la ricina, [13] lo que lleva a la posibilidad de usar saxitoxinas en el campo de batalla. Sin embargo, la Convención sobre Armas Químicas (CAQ) de 1993 clasificó las saxitoxinas como una sustancia de la Lista 1 , lo que significa:
- Las saxitoxinas tienen el potencial de usarse como arma biológica o como precursoras de otra arma.
- Las saxitoxinas no tienen ningún uso práctico fuera de la fabricación de armas.
Según la CAQ, las existencias de todas las armas químicas, incluida la saxitoxina, debían ser destruidas para el año 2010. [14]
Referencias
- ^ Baker, P. (1992). "Anabaena circinalis". En Tyler, P (ed.). Identificación de cianobacterias nocivas comunes, parte 1. Nostocales . Melbourne, Australia: Melbourne Water Corporation. págs. 39–45.
- ^ Tomitani, Akiko; Knoll, Andrew H .; Cavanaugh, Colleen M .; Ohno, Terufumi (2006). "La diversificación evolutiva de las cianobacterias: perspectivas molecular-filogenéticas y paleontológicas" (PDF) . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 103 (14): 5442–7. Código Bibliográfico : 2006PNAS..103.5442T . doi : 10.1073 / pnas.0600999103 . JSTOR 30048820 . PMC 1459374 . PMID 16569695 .
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