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. Seu trabalho reconhece um tipo específico de cianobactéria, conhecido como Dolichospermum, como a fonte.

As florescências algais prejudiciais, ou HABs, podem ser compostas por várias espécies de cianobactérias, cada uma capaz de gerar diferentes toxinas. Determinar qual espécie produz qual toxina é importante para monitorar, prever e gerenciar eventos de florescência.

Rastreando a Fonte da Microcistina e Saxitoxina

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

“A principal vantagem de saber qual organismo produz a toxina é que isso nos ajuda a entender as condições que causam a produção de toxinas — ou seja, 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 guiar políticas e gestões, embora ainda estejamos longe disso neste caso.”

Usando Sequenciamento de DNA para Identificar o Produtor de Toxinas

Para determinar qual organismo era responsável pela saxitoxina, a equipe da U-M coletou amostras diretamente de HABs conforme 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 de saxitoxina.

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

Clues Ambientais em Temperatura e Níveis de Nutrientes

A equipe coletou amostras de múltiplos locais ao longo do Lago Erie durante o ano e mediu a quantidade do gene relacionado à saxitoxina presente em cada amostra. Frequentemente, eles detectaram níveis mais altos desse gene em águas mais quentes.

“Isso é interessante porque sabemos que os lagos estão mudando com as mudanças climáticas,” disse Den Uyl, cientista no Instituto Cooperativo para Pesquisa dos Grandes Lagos da U-M, ou CIGLR. “Com o aquecimento dos lagos, uma das grandes perguntas é como isso vai mudar as comunidades biológicas, incluindo as florescências cianobactérias prejudiciais?”

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

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

Monitorando Riscos de Longo Prazo em um Lago em Mudança

De acordo com os pesquisadores, eles monitoraram a saxitoxina no lago por nove anos, mas esse período é curto demais para determinar se os níveis de toxina aumentarão à medida que o clima continuar a esquentar.

“Mas agora que sabemos quem está produzindo, acho que podemos acompanhar melhor esses organismos e também avaliar diretamente a abundância do gene ao longo do tempo,” disse Dick. “Planejamos continuar monitorando a abundância desse organismo, mas é muito cedo para dizer se está se tornando mais abundante. É apenas uma correlação, mas essa correlação com a temperatura é preocupante.”

O estudo deles foi publicado na revista Environmental Science & Technology.