Durante os meses mais quentes, o Lago Erie torna-se um cenário ideal para o rápido crescimento de cianobactérias, também conhecidas como algas verde-azuladas. Nessas condições, as algas podem formar grandes flores que liberam toxinas em níveis capazes de prejudicar a vida selvagem e os humanos.
Pesquisadores da Universidade de Michigan identificaram agora o organismo responsável pela produção desta toxina. O seu trabalho identifica um tipo específico de cianobactéria, conhecida como Dolichospermum, como fonte.
A proliferação de algas nocivas, ou HABs, pode ser composta por muitas espécies de cianobactérias, cada uma capaz de produzir toxinas diferentes. Determinar quais espécies produzem quais toxinas é importante para monitorar, prever e gerenciar eventos de floração.
Rastreando a fonte de microcistina e saxitoxina
Um grande florescimento em 2014 produziu a toxina microcistina e representou uma séria ameaça ao abastecimento de água potável de Toledo. Anteriormente, em 2007, os cientistas detectaram vestígios de uma toxina altamente potente chamada saxitoxina no Lago Erie, embora a sua origem biológica fosse desconhecida. As saxitoxinas pertencem a um grupo de neurotoxinas intimamente relacionadas que são consideradas uma das toxinas naturais mais potentes.
“O principal benefício de saber quais organismos produzem toxinas é que isso nos ajuda a compreender os fatores por trás da 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. “Essa informação pode ajudar a orientar a política e a gestão, embora ainda estejamos muito longe disso nesta área”.
Usando sequenciamento de DNA para identificar produtores de toxinas
Para determinar quais organismos são responsáveis pela saxitoxina, a equipe da UM coletou amostras diretamente dos HABs à medida que apareciam no lago. O autor principal, Paul den Uel, aplicou o sequenciamento “shotgun”, uma técnica que lê todo o DNA presente em uma amostra de água. Com essas sequências, ele reconstruiu um genoma inteiro e depois pesquisou no 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 possuem a capacidade de produzir saxitoxina. Embora a razão para esta diferença ainda não seja clara, os investigadores começaram a examinar as condições ambientais que podem afectar a produção de toxinas.
Sinais ambientais para temperatura e níveis de nutrientes
A equipe coletou amostras de vários locais do Lago Erie ao longo do ano e mediu quantos genes relacionados à saxitoxina apareceram em cada amostra. Eles frequentemente detectam níveis mais elevados desses genes em águas mais quentes.
“É interessante porque sabemos que os lagos estão a mudar com as alterações climáticas”, disse Dan Uell, cientista do Instituto Cooperativo para a Investigação dos Grandes Lagos da UM, ou CIGLR. “À medida que os lagos continuam a aquecer, uma grande questão é: como é que as comunidades biológicas, incluindo a proliferação de cianobactérias nocivas, vão mudar?”
Eles também observaram que o gene associado à saxitoxina era menos comum em áreas com níveis mais elevados de amônio. A equipe suspeita que esse padrão possa estar relacionado a uma característica única 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, o que confere ao Dolichospermum uma vantagem competitiva sob certas condições.
“Uma das coisas interessantes de ter um 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 projeto do que os organismos podem fazer, e vemos a capacidade de obter nitrogênio fixo da água. É apenas uma superpotência na forma de gás dinitrogênio. Poucos organismos podem fazer isso, e isso os torna mais competitivos nessas condições.”
Monitorando riscos de longo prazo na mudança de lagos
Segundo os investigadores, monitorizaram a saxitoxina no lago durante nove anos, mas esse período é demasiado curto para determinar se os níveis de toxina aumentarão à medida que o clima aquece.
“Mas agora que sabemos quem o produz, penso que podemos monitorizar melhor estes organismos e 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 está relacionada com a temperatura”.
Suas pesquisas aparecem em periódicos Ciência e Tecnologia Ambiental.
