Cylindrospermopsis raciborskii es una cianobacteria de agua dulce .
Cylindrospermopsis raciborskii | |
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clasificación cientifica ![]() | |
Dominio: | Bacterias |
Filo: | Cianobacterias |
Clase: | Cianofíceas |
Pedido: | Nostocales |
Familia: | Aphanizomenonaceae |
Género: | Cylindrospermopsis |
Especies: | C. raciborskii |
Nombre binomial | |
Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenaya y Subbaraju |
Introducción
Esta bacteria es una bacteria fotosintética acuática perteneciente al filo Cyanobacteria . Están compuestos de filamentos encadenados conocidos como tricomas que pueden mostrar variaciones en la morfología , que varían entre 50 y 300 micrómetros de longitud. [1] Estas bacterias también pueden producir una estructura cilíndrica parecida a una espora de paredes gruesas conocida como akinetes , que también demuestra variación en la morfología. Algunas cepas de esta especie son capaces de producir varias toxinas que afectan a los seres humanos: cylindrospermopsin , anatoxina-a y saxitoxina . [1] Esta primera toxina, la cilindrospermopsina, tiene la capacidad de afectar el hígado y los riñones de los seres humanos, así como provocar reacciones cutáneas leves tras la exposición. [1] Se cree que las dos últimas toxinas, anatoxina-a y saxitoxina, son neurotoxinas de los mariscos. La investigación ha demostrado que C. raciborskii puede producir de forma natural hidroxitolueno butilado , un antioxidante, aditivo alimentario y químico industrial. [2]
Filogenia
Dominio - Bacterias
El Árbol de la Vida contiene tres Dominios: Bacteria , Archaea y Eukarya .
Reino - Bacterias Las
bacterias se componen de microorganismos procariotas. Estuvieron entre las primeras formas de vida que aparecieron en la Tierra y aparecen en una amplia variedad de hábitats.
Filo - Cianobacterias
Este filo se caracteriza por su capacidad para obtener energía a través de la fotosíntesis. A menudo se les llama algas azul verdosas derivadas de los orígenes griegos de la palabra kyanós, que significa azul.
Class - Cyanophyceae [3]
Esta clase consiste de bacterias fotosintéticas encuentra en el agua dulce y salada, que contiene clorofila a y ficobilinas .
Orden - Nostocales
Este orden incluye cianobacterias de formas filamentosas, ya sean simples o ramificadas, las cuales ocurren como hebras simples o hebras múltiples dentro de una vaina.
Familia - Nostocaceae
Esta familia de cianobacterias forma colonias en forma de filamento encerradas en moco o una vaina gelatinosa. Sus hábitats varían ampliamente, desde agua dulce hasta agua salada. A menudo contienen pigmentos fotosintéticos en su citoplasma para realizar la fotosíntesis, lo que le da a las células un color verde azulado.
Género - Cylindrospermopsis
Este género de cianobacterias filamentosas se encuentra en ambientes terrestres y acuáticos. En los ecosistemas terrestres, Cylindrospermum se encuentra en los suelos, mientras que en los acuáticos crece comúnmente como parte del perifiton de las plantas acuáticas. El género particular es unacianobacteriaheterocisto ( fijadora de nitrógeno ).
Especie - Cylindrospermopsis raciborskii
Ecología
Esta bacteria es una cianobacteria de agua dulce que a menudo se encuentra en regiones tropicales, pero también se puede encontrar en lugares más templados como los Grandes Lagos ubicados en América del Norte. [1] La bacteria tiene la capacidad de fijar nitrógeno atmosférico, así como de absorber y almacenar fósforo. [1] Estas habilidades son ventajosas para su supervivencia en cuerpos de agua profundos donde tiene que competir por la luz. En condiciones de estrés ambiental, como temperaturas frías o nutrientes bajos, las bacterias tienen la capacidad de formar su estructura similar a esporas conocida como akinetes. Estos acinetes pueden persistir en el sedimento durante largos períodos de tiempo y pueden germinar una vez que la temperatura del agua alcanza el nivel adecuado. [1] La bacteria prefiere temperaturas que oscilan entre 25 y 30 ° C, una intensidad de luz de 80 a 121 μmol m-2 s-1 y una concentración máxima de salinidad de 4 g L-1 de NaCl. Los niveles de la bacteria generalmente permanecen relativamente bajos durante todo el verano, sin embargo, pueden estar asociados con concentraciones muy altas bajo ciertas condiciones. Estas condiciones incluyen: flujo bajo; nivel de agua bajo; baja proporción de nitrógeno a fósforo; alta temperatura del agua; estratificación térmica estable ; mayor tiempo de retención; pH alto; alta concentración de sulfato; anoxia en al menos algunos estratos; alta turbidez; irradiación de alta incidencia; y baja biomasa de macrófitos . [1]
Historia
Se cree que la bacteria se originó en regiones tropicales o subtropicales. Sin embargo, la bacteria se ha descubierto recientemente en climas más templados, como los Grandes Lagos en América del Norte. [1] Se cree que la cepa que se encuentra en América del Norte se originó en América del Sur y se cree que el cambio climático es un factor detrás de la expansión del medio ambiente de la bacteria. Hasta el momento no se han documentado efectos de la presencia de la especie en los Grandes Lagos. [1] Sin embargo, esta bacteria se ha relacionado con daño hepático e incluso la muerte en humanos después de la contaminación de los suministros de agua. También se ha relacionado con la muerte de peces en Brasil, la muerte de ganado en Australia, la reducción del zooplancton en Florida, así como la toxicidad para algunos mariscos , que se acumula en organismos como el cangrejo de río . [1]
Vía de fijación de nitrógeno
Cylindrospermopsis raciborskii es una cianobacteria filamentosa con la capacidad de fijar nitrógeno al convertir el nitrógeno atmosférico (N2) en amoníaco (NH3), distinguiéndolo así como un heterociste . [4] Proporciona nitrógeno a las células del filamento para la biosíntesis mediante la fijación de nitrógeno del dinitrógeno (N2) utilizando la enzima nitrogenasa . Normalmente, la nitrogenasa es inactivada por el oxígeno, lo que obliga a la bacteria a operar en un entorno microanaeróbico. La estructura y fisiología únicas del heterociste requiere un cambio global en la expresión génica. Esto incluye una variedad de mecanismos que incluyen, entre otros:
- Produciendo tres paredes celulares adicionales, incluida una de glicolípido que forma una barrera hidrofóbica al oxígeno.
- producir nitrogenasa y otras proteínas involucradas en la fijación de nitrógeno
- la degradación del fotosistema II, que produce oxígeno
- regulación positiva de enzimas glucolíticas
- producir proteínas que eliminan el oxígeno restante
- que contiene tapones polares compuestos de cianoficina que ralentiza la difusión de célula a célula
Cylindrospermopsis raciborskii obtiene su carbono fijo mediante la fotosíntesis . La falta del fotosistema II normalmente evitaría la fotosíntesis, pero las células vegetativas proporcionan los carbohidratos necesarios , que se cree que son sacarosa . Las fuentes de nitrógeno y carbono fijas se intercambian a través de canales entre las células del filamento. C. raciborskii mantiene el fotosistema I , lo que le permite generar ATP mediante fotofosforilación cíclica .
Se cree que el mecanismo de control de esta vía de fijación de nitrógeno implica la difusión de un inhibidor de la diferenciación llamado patS. La formación de heterocistos se inhibe en presencia de una fuente de nitrógeno fija, como amonio o nitrato . Por lo tanto, el mantenimiento depende de una enzima llamada hetN. Un método alternativo implica que las bacterias entren en una relación simbiótica con ciertas plantas. En tales relaciones, la bacteria no responde a la disponibilidad de nitrógeno, sino a las señales producidas por la planta. En este método, hasta el 60% de las células pueden volverse heterocísticas, proporcionando nitrógeno fijo a la planta a cambio de carbono fijo.
Patogénesis
La aparición de cianobacterias en los cuerpos de almacenamiento de agua es cada vez más importante y es un factor importante en la eutrofización de ríos y arroyos. Muchas veces, los efectos de la presencia de la bacteria pueden ser tóxicos para el ganado y la vida silvestre, así como para los humanos. [5] Sin embargo, aún se desconoce su modo exacto de virulencia. Se ha precisado que su virulencia es principalmente hepatotóxica , aunque pueden verse afectados otros órganos como los riñones.
Dinámica poblacional
Se sabe que Cylindrospermopsis raciborskii tiene la capacidad de tolerar una gama bastante amplia de condiciones climáticas. Su capacidad para producir akinetes asegura la supervivencia incluso en condiciones invernales más duras. La dinámica de la población depende en gran medida de la temperatura del agua del lago y de la intensidad de la luz submarina y, por tanto, de las condiciones climáticas. [6] Por lo tanto, cualquier aumento futuro en la temperatura del agua del lago probablemente conducirá a un aumento en el tamaño de las poblaciones de C. raciborskii en los lagos eutróficos, lo que representa una mayor amenaza para el suministro de agua potable.
Incidente de Palm Island
En 1979, se atribuyó a Cylindrospermopsis raciborskii la causa de hepatoenteritis (una infección del hígado que se asemeja a la hepatitis ) en 148 personas frente a la costa norte de Queensland en Palm Island. [7] La contaminación del agua potable se atribuyó al tratamiento con sulfato de cobre en el suministro de agua potable de la isla, Solomon Dam . El sulfato de cobre estaba destinado a controlar una densa floración de algas . Sin embargo, el sulfato de cobre causa la lisis de las cianobacterias, lo que conduce a la liberación de cualquier componente celular tóxico. Después de una investigación, se determinó que el agua contaminada provenía toda de la presa Solomon, donde se aplicó el sulfato de cobre. Fue durante esta investigación que C. raciborskii se identificó por primera vez como patógeno .
Ver también
- Hidroxitolueno butilado
- Cianotoxina
Referencias
- ^ a b c d e f g h i j Centro de excelencia de la NOAA para los Grandes Lagos y la salud humana. "Hoja informativa de Cylindrospermopsis raciborskii" . Archivado desde el original el 10 de agosto de 2014 . Consultado el 23 de noviembre de 2013 .
- ^ Babu B, Wu JT (diciembre de 2008). "Producción de hidroxitolueno butilado natural como antioxidante por el fitoplancton de agua dulce" (PDF) . Revista de Phycology . 44 (6): 1447–1454. doi : 10.1111 / j.1529-8817.2008.00596.x . PMID 27039859 .
- ^ Wilson, Kim; Mark A. Schembri; Peter D. Baker; Christopher P. Saint (2000). "Caracterización molecular de la cianobacteria tóxica Cylindrospermopsis Raciborskii y diseño de una PCR específica de especie" . Microbiología aplicada y ambiental . 66 (1): 332–338. doi : 10.1128 / aem.66.1.332-338.2000 . PMC 91826 . PMID 10618244 .
- ^ Padisak, Judit (1997). "Cylindrospermopsis Raciborskii (Woloszynska) Seenayya Et Subba Raju, una cianobacteria en expansión, altamente adaptable: distribución mundial y revisión de su ecología". Archiv für Hydrobiologie Supplementbände . 4 : 563–593.
- ^ Nestor, Lagos; Hideyuki Onodera; Pedro Antonio Zagatto; Darío Andrinolo; Sandra MFQ Azevedo; Yasukatsu Oshima (octubre de 1999). "La primera evidencia de toxinas de mariscos paralíticos en la cianobacteria de agua dulce Cylindrospermopsis raciborskii, aislada de Brasil". Toxicon . 37 (10): 1359-1373. doi : 10.1016 / s0041-0101 (99) 00080-x . PMID 10414862 .
- ^ Jöhnk, Klaus; Brüggemann R; Rücker J; Luther B; Simon U; Nixdorf B; Wiedner C (2011). "Modelado del ciclo de vida y dinámica poblacional de Nostocales (cianobacterias)". Modelado ambiental y software . 26 : 669–677. doi : 10.1016 / j.envsoft.2010.11.001 .
- ^ Hawkins, Peter; MT Runnegar; AR Jackson; IR Falconer (1985). "Hepatotoxicidad severa causada por la cianobacteria tropical (Blue-GreenAlga) Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenaya y Subba Raju aislado de un depósito de suministro de agua doméstico". Microbiología aplicada y ambiental . 5. 50 : 1292-1295.