Nova pesquisa revela o organismo oculto por trás das flores tóxicas do Lago Erie

Pesquisadores da Universidade de Michigan identificaram agora o organismo responsável pela produção dessas toxinas. O seu trabalho identifica um tipo particular de cianobactéria, conhecida como Dolichospermum, como fonte.

A proliferação de algas nocivas, ou HABs, pode consistir em muitas espécies de cianobactérias, cada uma capaz de gerar diferentes toxinas. Determinar quais espécies produzem quais toxinas é importante para monitorar, prever e gerenciar eventos de florescimento.

Rastreando a fonte de microcistina e saxitoxina

Um grande florescimento em 2014 gerou a toxina microcistina e representou uma séria ameaça ao abastecimento de água potável de Toledo. Anteriormente, em 2007, os cientistas detectaram sinais de uma toxina extremamente forte chamada saxitoxina no Lago Erie, embora a sua origem biológica permanecesse desconhecida. As saxitoxinas pertencem a um grupo de neurotoxinas intimamente relacionadas que são consideradas uma das toxinas naturais mais poderosas.

“A principal vantagem de saber qual organismo produz a toxina é que isso nos ajuda a compreender as condições que causam a produção de toxinas – isto é, quais condições tornam esses organismos bem-sucedidos”, disse Gregory Dick, professor de ciências da terra e ambientais e de meio ambiente e sustentabilidade. “Essas informações podem ajudar a orientar a política e a gestão, embora ainda estejamos muito longe disso neste caso.”

Usando sequenciamento de DNA para identificar o produtor de toxinas

Para determinar qual organismo foi responsável pela saxitoxina, a equipe da UM coletou amostras diretamente dos HABs à medida que apareciam no lago. O autor principal, Paul Den Uyl, aplicou o sequenciamento “shotgun”, uma técnica que lê todo o DNA presente em uma amostra de água. Com essas sequências, ele reconstruiu um genoma completo e depois procurou nesse genoma os genes envolvidos na produção da saxitoxina.

A análise revelou várias cepas de Dolichospermum que vivem no Lago Erie. No entanto, apenas algumas cepas possuíam a capacidade de produzir saxitoxina. Embora a razão para esta diferença ainda não esteja clara, os investigadores começaram a examinar as condições ambientais que podem influenciar a produção de toxinas.

Pistas Ambientais em Temperatura e Níveis de Nutrientes

A equipe coletou amostras de vários locais do Lago Erie ao longo do ano e mediu quanto do gene relacionado à saxitoxina apareceu em cada amostra. Eles frequentemente detectaram níveis mais elevados deste gene em águas mais quentes.

“Isso é interessante porque sabemos que os lagos estão a mudar com as alterações climáticas”, disse Den Uyl, cientista do Instituto Cooperativo para a Investigação dos Grandes Lagos da UM, ou CIGLR. “Com o aquecimento dos lagos, uma das grandes questões é: como isso vai mudar as comunidades biológicas, incluindo a proliferação de cianobactérias prejudiciais?”

Eles também observaram que o gene ligado à saxitoxina era menos comum em áreas com níveis elevados de amônio. A equipe suspeita que esse padrão possa estar relacionado a uma característica distintiva do Dolichospermum: a presença de um gene que sugere que ele pode usar nitrogênio na forma de dinitrogênio, um gás atmosférico abundante. Segundo Dick, apenas um número limitado de organismos pode utilizar o nitrogênio nesta forma, dando ao Dolichospermum uma vantagem competitiva sob certas condições.

“Uma das coisas interessantes de ter o genoma completo é que você pode ver tudo o que o organismo pode fazer, pelo menos teoricamente”, disse Dick, que também é diretor do CIGLR. “Você tem todo o plano do que o organismo pode fazer, e vemos a capacidade de obter nitrogênio fixo da água. Acontece que obtê-lo na forma de gás dinitrogênio é uma espécie de superpoder. Poucos organismos podem fazer isso, e isso os torna mais competitivos nessas condições.”

Monitorando riscos de longo prazo em um lago em mudança

Segundo os investigadores, monitorizaram a saxitoxina no lago durante nove anos, mas este período é demasiado curto para determinar se os níveis de toxina aumentarão à medida que o clima continua a aquecer.

“Mas agora que sabemos quem o produz, penso que podemos vigiar melhor estes organismos e também podemos avaliar diretamente a abundância genética ao longo do tempo”, disse Dick. “Planejamos continuar a monitorizar a abundância deste organismo, mas é muito cedo para dizer se está a tornar-se mais abundante. É apenas uma correlação, mas essa correlação com a temperatura é preocupante”.

Seu estudo aparece na revista Ciência e Tecnologia Ambiental.