As cianobactérias, ou algas verde-azuladas, são os organismos que produzem principalmente a microcistina em uma proliferação de algas nocivas (HABs). O motivo pelo qual as cianobactérias produzem toxinas ainda está sendo estudado, mas, mesmo assim, é um problema que exige uma análise cuidadosa para ser gerenciado e compreendido.
A relevância da ficocianina e da clorofila-a no monitoramento da LG Sonic
Ficocianina e clorofila-a são pigmentos que as algas azuis e verdes produzem. Esses pigmentos são medidos pelas boias MPC da LG Sonic, para medir a presença de algas e ajudar a fazer inferências para determinar se a população de algas está respondendo às frequências ultrassônicas utilizadas. Se a ficocianina e a clorofila-a aumentarem, isso informa aos gerentes de projetos e cientistas da LG Sonic que é necessária uma frequência ultrassônica diferente para gerenciar a população de algas.
Figura 1: Dispositivo de controle de algas por ultrassom da LG Sonic, MPC Buoy.
Como as cianobactérias têm um ciclo de vida curto, esse tipo de alga pode se adaptar ao ultrassom com o tempo. Cada população de algas contém uma genética exclusiva e em constante mudança a cada nova geração. Isso causa variação na sua resistência ao ultrassom e na sua capacidade de produzir toxinas. Com uma vida útil curta, essas variações e mudanças podem ocorrer rapidamente.
A LG Sonic combate a resistência ao ultrassom alterando remotamente os programas ultrassônicos e oferecendo serviços de Controle Interativo de Algas (IAC) à medida que os dados indicam uma adaptação. Atualmente, não há tecnologias conhecidas que possam coletar amostras de microcistina de forma autônoma, de modo que a ficocianina e a clorofila-a são usadas para avaliar a probabilidade de uma floração que possa produzir toxinas.
Produção de microcistina em cianobactérias
Conforme mencionado anteriormente, as populações de cianobactérias têm uma genética variável que pode permitir a produção de toxinas. Às vezes, o gene para a produção de toxinas está presente na comunidade de algas e, algumas vezes não. Mesmo que essa genética esteja presente em uma população de algas, é difícil saber se as toxinas serão produzidas. Muitos artigos científicos afirmam que as condições ambientais, como pH, temperatura e nutrientes, podem desempenhar um papel na expressão desses genes produtores de toxinas [1].
Há outros estudos que também demonstraram que a alta densidade de Microcystis (o gênero de cianobactéria mais associado à produção de microcistina) também não está necessariamente correlacionada a altas concentrações de toxinas. Em geral, pode ser um pouco imprevisível. A microcistina é uma molécula muito estável. Sua meia-vida é de cerca de 10 semanas [2, 3]. A meia-vida é o tempo necessário para que metade da molécula se degrade ou se decomponha. Isso significa que as toxinas produzidas por uma HAB podem persistir no ambiente por até 20 semanas.
Correlação entre microcistina, ficocianina e clorofila a
Como não há meios autônomos de medir a microcistina, é importante entender se há parâmetros mensuráveis que correspondam às concentrações de microcistina. Estudos recentes indicaram que a microcistina está positivamente correlacionada com a ficocianina e a clorofila a [4, 5].
Isso significa que, se a ficocianina e/ou a clorofila estiverem aumentando, há uma probabilidade de que as concentrações de microcistina também estejam aumentando. Infelizmente, isso é apenas uma probabilidade e se baseia na probabilidade. Portanto, não se pode dizer definitivamente que se a ficocianina ou a clorofila-a estiver no valor x, então a microcistina deve estar no valor y.
Isso é provável, pois a expressão gênica das algas e a produção de toxinas variam, conforme discutido acima. Entretanto, a ficocianina e a clorofila-a ainda podem ser vistas como ferramentas importantes para entender a probabilidade de produção de toxinas. De acordo com um estudo realizado em 2016, há uma chance de 50% de exceder as concentrações de microcistina-LR de 0.3, 1, 1.6 e 2 μg/L quando as concentrações de clorofila-a são de 23.4, 67.0, 83.5 e 108.5 μg/L, respectivamente [4].
Resumindo, uma leitura de clorofila-a de 67.0 ug/L revela que há uma chance de 50% de que a microcistina-LR seja de 1 μg/L. Isso é mostrado visualmente na Figura 2, abaixo.
Figura 2: Gráficos de probabilidade condicional mostrando a associação entre a probabilidade de exceder vários níveis de recomendação de saúde de microcistina-LR (MLR). A. Gráfico para crianças da EPA dos EUA (0.3 μg/L). B. Gráfico para bebês da OMS (1 μg/L). C. Gráfico para adulto da US EPA (1.6 μg/L). D. Gráfico para uso recreativo da OMS (2 μg/L) [4].
Conclusões semelhantes foram tiradas em pesquisas científicas modernas sobre ficocianina. Conforme discutido, a ficocianina é o pigmento primário das algas verde-azuladas ou cianobactérias em sistemas de água doce. De acordo com um estudo realizado em 2024 e conforme mostrado na Figura 3 abaixo, verificou-se que a ficocianina está correlacionada de forma significativa e positiva às concentrações de microcistina com 95% de confiança [5].
Figura 3: Correlograma mostrando os resultados da correlação de Spearman entre 5 fontes de água potável. Somente os parâmetros que mostram correlações significativas (p < 0.05) foram destacados. Condutividade (Cond), oxigênio dissolvido (DO), pH, temperatura (Temp), sólidos suspensos totais (TSS), sólidos dissolvidos totais (TDS), carbono orgânico dissolvido (DOC), amônia (NH3), nitrogênio total (TN), fósforo total (TP), fluorescência da ficocianina (PC_RFU), fluorescência da clorofila (Chl_RFU), clorofila a extraída (Chl_a), densidade de células de fitoplâncton (Phyto), densidade de células de cianobactérias (Cyano), microcistinas (MIC), gene Microcystis 16S rRNA (Microcystis_16S) e gene mcyB produtor de microcistina (mcyB). [5]
No entanto, os autores indicam que são necessárias mais pesquisas para determinar como as condições ambientais, o comportamento das algas e a profundidade influenciam a produção de ficocianina pelas cianobactérias. Em resumo, pode ser mais difícil fazer uma comparação direta de valor por valor entre a microcistina e a ficocianina, independentemente da forte correlação. Embora a pesquisa nessa breve revisão da literatura não tenha fornecido uma comparação numérica lado a lado entre microcistina e ficocianina, ela mostra que a ficocianina é uma ferramenta importante para avaliar o crescimento de cianobactérias e a possível produção de microcistina.
Em resumo, a variação dos fatores genéticos e das condições ambientais que influenciam o fato de as cianobactérias produzirem toxinas pode complicar as comparações diretas. Ainda assim, a ficocianina e a clorofila-a são bons pontos de dados para medir e comparar, especialmente quando a presença de toxinas é conhecida. Isso nos ajuda a entender o crescimento e a mudança na população de algas verde-azuladas que provavelmente são responsáveis pela produção de microcistina.
Referências
1. Rinta-Kanto, J., Konopko, E., DeBruyn, J., Bourbonniere, R., Boyer, G., Wilhelm, S., (2009). Lake Erie Microcystis: Relationship between microcystin production, dynamics of genotypes and environmental parameters in a large lake. Harmful Algae. 8(5): 665-673.
2. Butler, N. & Carlisle, J.C. & Linville, Regina & Washburn, Barbara. (2009). Microcystins: a brief overview of their toxicity and effects, with special reference to fish, wildlife, and livestock. Ecotoxicologia da OEHHA. 1-2.
3. Tsuji K., Watanuki T., Kondo F., Watanabe MF., Suzuki S., Nakazawa H., Suzuki M., Uchida H., Harada KI. (1995). Stability of microcystins from cyanobacteria–II. Effect of UV light on decomposition and isomerization. Toxicon. 33(12): 1619-31.
4. Hollister, J., Kreakie, B. (2016). Associations between chlorophyll a and various microcystin-LR health advisory concentrations. F1000Research. 5. 10.12688/f1000research.7955.1.
5. Hsu, T.D., Caraballo, Y.A., Wu, M. (2024). An investigation of cyanobacteria, cyanotoxins and environmental variables in selected drinking water treatment plants in New Jersey (Uma investigação de cianobactérias, cianotoxinas e variáveis ambientais em estações de tratamento de água potável selecionadas em Nova Jersey). Heliyon, 10(11).