miniatura|300px|O lago Erie en outubro de 2011, durante unha intensa floración de cianobacterias
As microcistinas ou cianoxinosinas (/ ʃi /) son unha clase de cianotoxinas, que son toxinas producidas por cianobacterias, ás veces chmadas algas verde-azuladas. Ata agora descubríronse unhas 250, das cales a microcistina-LR é a máis común. Quimicamente son heptapéptidos cíclicos producidos por sintases de péptidos non ribosómicos.
As cianobacterias poden producir microcistinas en grandes cantidades durante as floracións de algas as cales supoñen unha ameaza importante para a subministración de auga potable e para a rega, e para o medio ambiente en xeral.
Características miniatura|Estrutura química da microcistina-LR. As microcistinas ou cianoxinosinas son unha clase de toxinas producidas por certas cianobacterias de auga doce; principalmente Microcystis aeruginosa pero tamén outros Microcystis, así como membros dos xéneros Planktothrix, Anabaena, Oscillatoria e Nostoc.
A microcistina-LR (L = leucina, R = arxinina) é a forma máis tóxica dunhas 80 variantes tóxicas coñecidas, e é tamén a máis estudada polos químicos, farmacéuticos, biólogos e ecólogos. As floracións que conteñen microscistina son un problema en todo o mundo, incluíndo China, Brasil, Australia, Árica do Sur,Fatoki, O.S., Muyima, N.Y.O. & Lujiza, N. 2001. Situation analysis of water quality in the Umtata River Catchment. Water SA, (27) pp. 467–474.Oberholster, P. 2008. Parliamentary Briefing Paper on Cyanobacteria in Water Resources of South Africa. Annexure "A" of CSIR Report No. CSIR/NRE/WR/IR/2008/0079/C. Pretoria. Council for Scientific and Industrial Research (CSIR).Turton, A.R. 2015. Water Pollution and South Africa's Poor. Johannesburg: South African Institute of Race Relations. http://irr.org.za/reports-and-publications/occasional-reports/files/water-pollution-and-south-africas-poor os Estados Unidos e gran parte de Europa. O encoro de Hartebeespoort en Suráfica é un dos stios máis contaminados de Árica e posiblemente do mundo.
Química As microcistinas teñen un marco estrutural común constituído por D-Ala1-X2-3-Z4-Adda5-D-γ-Glu6-7, onde X e Z son aminoácidos variables; o nome esquemático "microcistina-XZ" (MC-XZ abreviado) asígnase baseándose nos códigos de letras de aminoácidos poñendo a letra correspondente aos aminoácidos en lugar de X e Z. Se a molécula mostra calquera outra modificación, as diferenzas denótanse entre corchetes antes de "MC". Destes, varios son aminoácido non proteinoxénicos pouco comúns:
D-Masp é o ácido D-eritro-β-metil-isoaspártico, un derivado do ácido aspártico en forma de β-aminoácido; Adda é o ácido (todo-S,todo-E)-3-amino-9-metoxi-2,6,8-trimetil-10-fenildeca-4,6-dienoico, un β-aminoácido atopado exclusivamente na microcistina e na molécula relacionada nodularina; Mdha é a N-metildehidroalanina, un derivado da deshidroalanina. Na nodularina é substituída por Mdhb (N-metildehidrobutirina), outro derivado deshidroaminoácido.
Mecanismo de acción As microcistinas enlázanse covalentemente ás proteína fosfatases PP1 e PP2A, inhibíndoas, e pode así causar panesteatite. O residuo ADDA é clave para esa funcionalidade: os análogos sintéticos moli simplificados que constan de ADDA e un aminoácido adicional poden mostrar a mesma función inhibitoria.
Factores que afectan a produción miniatura|Un cultivo de M. aeruginosa, unha bacteria fotosintéticas. O xénero de cianobacterias de auga doce Microcystis produtor de microcistinas prospera en augas cálidas, especialmente en augas encoradas. A EPA norteamericana predixo en 2013 que o cambio climático e os cambios nas condicións ambientais poden favorecer crecementos de algas nocivos e afectaren negativamente á saúde humana. O crecemento de algas tamén se favarece nos procesos de eutrofización (exceso de nutrientes). En concreto, o fósforo reactivo disolto promove o crecemento de algas.
As microcistinas puideron evolucionar nas cianobacterias como un xeito de enfrontarse á dispoñibilidade escasa de ferro: a molécula únese ao ferro, e as cepas non produtoras toleran significativamente peor a escaseza de ferro. Unha subministración baixa de ferro regula á alza McyD, un dos operóns para a síntese de microcistina. Porén, cando hai ferro dabondo, aínda pode impulsarse a podución de microcistinas facendo que a bacteria faga mellor a fotosíntese, o que producirá suficiente ATP para a biosíntese de microcistinas.
A produción de microcistinas está tamén correlacionada positivamente coa tempertura. As luces brillantes e de cor vermella incrementan a transcrición de McyD, pero as azuis redúcena. Unha gran variedade doutros factores, como o pH, poden tamén afectar a produción de microcistinas, pero facer unha comparación é complicado debido á falta de condicións estándar para facer os tests.
Vías de exposición Hai varios modos de exposición a estas hepatotoxinas para os humanos e unha delas é en actividades recreativas como nadar, surfear, pescar e outras actividades que implican un contacto directo con auga contaminada.Funari E, Testai E. 2008. Human health risk assessment related to cyanotoxins exposure. Critical Reviews in Toxicology. 38(2). 97–125 Outra ruta rara, aínda que extremadamente tóxica, de exposición é en casos de operacións de hemodiálise. Un caso mortal de intoxicación microcística por hemodiálise estudouse no Brasil, onde o 48 % dos pacientes sometidos a un deses procedementos nun específico período de tempo morreran porque a auga usada no procedemento estaba contaminada.Azevedo, Sandra M.F.O, Wayne W Carmichael, Elise M Jochimsen, Kenneth L Rinehart, Sharon Lau, Glen R Shaw, and Geoff K Eaglesham. 2002. “Human Intoxication by Microcystins During Renal Dialysis Treatment in Caruaru—Brazil.” Toxicology (Amsterdam) 181. 441–446.
As microcistinas son quimicamente estables nun amplo rango de temperaturas e pH, posiblemente como resultado da súa estrutura cíclica. A microcistina-LR que contamina a auga é resistente á ebulición e aos tratamentos de microondas. As floracións de bacterias que producen microcistina poden saturar as capacidades dos filtros das plantas para o tratamento da auga. Hai algunhas probas de que a toxina pode ser transportada por causa da irrigación á cadea trófica.
Exemplos de floracións con produción de microcistinas Un exemplo de floración de Microcystis ocorreu no lago Erie de Norteamérica en 2011, en parte relacionado coa primavera máis húmida desde que había rexistros, que ampliou as zonas mortas do fondo do lago, reducindo a poboación de peixes, creando un cheiro fedento nas praias e danando a industria turística local. En agosto de 2014 na cidade de Toledo, Ohio detectáronse niveis perigosos de microcistina na súa auga potable debido ás floracións de augas no lago Erie, causadas por unha achega excesiva de fósforo ao lago procedente de prácticas agrícolas e das estacións de tratamento de auga urbanas. Houbo outro caso nas augas salgadas da baía de San Francisco en 2016.John Raphael BEWARE: High Levels of Freshwater Toxin Found in Shellfish from San Francisco Bay 28 de outubro de 2016. Nature World News, nas augas potables de Iowa en 2018, nas que as microcistinas chegaron a un nivel de 0,3 µg/L previo ao tratamento,Kate Payne Toxic Bacteria Blooms Impacting Water Systems Across Iowa, DNR Survey Shows. 1 de novembro de 2018. National Public Radio e en 2023 en Oregón no río que pasa por Portland, onde o nivel de microcistinas chegou a 549 ppb.
Efectos da exposición sobre a saúde humana
As microcistinas non poden ser degradadas polas proteases típicas, como a pepsina, tripsina, colaxenase e quimotripsina, debido á súa natureza química cíclica. Son hepatotóxicas. Unha vez inxeridas, as microcistinas viaxan ata o fígado polo sistema de transporte de ácidos biliares, onde a maioría son almacenadas, aínda que parte delas permanece no torrente sanguíneo e pode contaminar os tecidos.Falconer, I.R. 2005. Cyanobacterial Toxins of Drinking Water Supplies: Cylindrospermopsins and Microcystins. Florida: CRC Press. 279 pages. Os efectos sobre a saúde agudos da microcistina-LR son os seguintes: dor abdominal, vómitos e náuseas, diarrea, dor de cabeza, vinchas arredor da boca, e por inhalación, dor de garganta, tose seca e pneumonía.What health risks do humans face as a result of exposure to cyanotoxins? EPA, consultado o 12 de novembro de 2018
Os estudos realizados suxiren que a absorción de microcistinas ocorre no tracto gastrointestinal. Ademais, estas hepatotoxinas inhiben a actividade dos encimas fosfatase PP1 e PP2A, causando choque hemorráxico e poden matar ratos en 45 minutos.Carmichael, W.W. 1992. Cyanobacteria secondary metabolites: The cyanotoxins. J. Appl. Bacteriol. 72, 445–459
Non é adecuado avaliar o potencial carcinoxénico das microcistinas aplicando simplmente as Directrices da EPA para a Avaliación do Risco de Carcinóxenos. ALgúns estudos feitos na China suxiren que pode haber unha relación entre os cancros de fígado e colorrectais e a aparición de cianobacterias na auga potable. Non obstante, as probas son limitadas debido á escasa capacidade de avaliar e medir con exactitude a exposición.
Regulación No caso dos Estados Unidos, a EPA emitiu unha recomendación sanitaria en 2015.Drinking Water Health Advisory for the Cyanobacterial Microcystin Toxins U.S. Environmental Protection Agency Office of Water, EPA Document Number: 820R15100, 75pp, 15 de xuño de 2015 Calculouse unha recomendación sanitaria de dez días para diferentes idades que se considera protectora e con efectos secundarios non cancinóxenos sobre unha exposición de dez días ás microcistinas na auga potable: 0.3 μg/L para nenos alimentados por biberón e nenos pequenos de idade preescolar, e de 1,6 μg/L para nenos de idade escolar e adultos.
Notas
Véxase tamén Outros artigos Microcystis Nodularina-R
Bibliografía National Center for Environmental Assessment. Toxicological Reviews of Cyanobacterial Toxins: Microcystins LR, RR, YR, and LA (NCEA-C-1765)
Ligazóns externos Harmful Algal Blooms (EPA), n.d. consultado o 12 de novembro de 2018 Blue-Green Algae (Cyanobacteria) and their Toxins (Health Canada) Toxic cyanobacteria in water: A guide to their public health consequences, monitoring, and management (WHO) Cyanobacteria and Cyanotoxins: Information for Drinking Water Systems (EPA) Cyanobacteria Are Far From Just Toledo's Problem de Carl Zimmer, 7 de agosto de 2014 (The New York Times)
Categoría:Cianotoxinas Categoría:Indicadores da calidade de auga Categoría:Cianobacterias Categoría:Hepatotoxinas Categoría:Algas Categoría:Química ambiental Categoría:Bacterioloxía Categoría:Péptidos cíclicos