Cianobacterias o algas verde-azulesProf. Patricia Gómez V. Dpto. Botánica Facultad de Ciencias Naturales y Oceanográficas CIANOBACTERIAS = CYANOPHYTA= Algas verde-azules Procariontes, carecen de organelos (con 2 membranas) No tienen núcleo Pero sí tienen ADN y ARN No tienen cloroplastos Pero sí tienen tilacoides con ficobilisonas No tienen mitocondrias Pero sí tienen cadena respiratoria asociada a membranas. Poseen ribosomas bacterianos (70S) Otros constituyentes: Seudovacuolas, pared celular, moléculas de reserva para N, P y C. Formas unicelulares, filamentosas y cenobiales Oscillatoria Nostoc Microcystis Arthrospira Anabaena Prochlorococcus Trichodesmium Synechococcus Habitat . Las cianobacterias establecieron una atmósfera aeróbica Evolución de organismos aeróbicos 2 H2O + CO2 ⇒ Atmósfera ANAEROBICA O2 + CH2O + H2O . . W.Australia Estromatolito mostrando patrón laminar de crecimiento. .Fósiles más antiguos Estromatolitos (macrofósiles) Datan de 2300 millones de años atrás Shark Bay. Las cianobacterias dieron origen al cloroplasto de organismos eucariontes fotosintéticos Cyanobacteria . tilacoide gránulos de cianoficina tilacoide Envoltura celular Gránulos polifosfato seudovacuolas Gránulos glicógeno región nucleoplasma carboxisoma ficobilisomas . La pared celular de las cianobacterias es similar a la de las bacterias Gram negativas Gram Negativa Capa lipopolisacárido Membrana externa (mureina) Peptidoglicano Membrana plasmàtica . Muchas Cianobacterias producen carbohidratos que forman estructura externa vainas Ej. . glucosa) que embeben las células en una matriz tipo gel que retiene agua (protegen de la deshidratación). Nostoc commune Vaina de cianobacterias está compuesta por diversos tipos de polisacáridos (azúcares: galactosa. ribosa. xilosa. rígidas. 45 -120 nm (ancho) Ubicadas en el citoplasma . H2. permeables a los gases (N2. pero impermeables al agua (exterior hidrofóbico) Ayudan a controlar la flotabilidad .1000 nm (largo). O2. 300.Vesículas de Gas (seudovacuolas) Compuestas de tubos cilíndricos huecos con membranas proteicas. CO2. CH4). Funcionamiento de las seudovacuolas: Incremento en la presión de turgencia celular Incremento de la fotosíntesis Colapso de vacuolas de gas Aumenta la flotabilidad y las células suben a mayores irradianzas Disminución de la flotabilidad y depósito de la células a niveles de irradianza bajos Incremento de la vacuolación Fotosíntesis disminuida . Estructuras de reserva y almacenamiento. Puede tener rol en la detoxificación Gránulos de cianoficina Compuestos de proteínas a la forma de polipéptidos de asparragina y arginina Reserva de N Gránulos de almidón de las Cianobacterias Reserva de carbohidratos Entre membranas tilacoideas . generalmente como polifosfato.5-bifosfato carboxilasa/oxigenasa Gránulos polifosfatos Forma esférica Acumulan fosfato.Cuerpos polihédricos (carboxisomas) Forma hexagonal Contienen la enzima: Ribulosa 1. Clorofila “a” (y “b” en proclorofitas) Ficobilinas ficoeritrina ficocianina aloficocianina Carotenoides En general. organizados en ficobilisomas: Pigmentos . Estructura de un ficobilisoma Transferencia de energía: PE PC APC Chla . Ficocianina Ficoeritrina . . Adaptación cromática Mecanismo por el cual las cianobacterias (y las algas rojas) ajustan la composición de sus complejos cosechadores de luz en respuesta a los cambios en la calidad de luz prevalente en el ambiente en determinado momento Cianobacterias Algas rojas . Crecimiento & morfología Order Chroococcales Linaje #1 Todas las células idénticas . Synechococcus Chroococcus Merismopedia Microcystis Gomphosphaeria Coelosphaerium . Crecimiento & morfología Pleurocapsa Order Chroococcales Linaje #2 . Order Chroococcales Pleurocapsa . Crecimiento & morfología Order Chroococcales Linaje #1 Todas las células idénticas . Synechococcus Chroococcus Merismopedia Microcystis Gomphosphaeria Coelosphaerium . Crecimiento & morfología Pleurocapsa Order Chroococcales Linaje #2 Las nuevas células se generan por fisión múltiple. La célula que se divide genera varias células más pequeñas denominadas «beocitos» . Crecimiento & morfología Linaje #3 Order Oscillatoriales tricoma (sin vaina evidente) tricoma + vaina (filamento) tricomas + vaina . Order Oscillatoriales Microcoleus Oscillatoria Spirulina Arthrospira . Crecimiento & morfología Linaje #4 Order Nostocales Tolypothrix Ramificación falsa Ruptura de la vaina y células cambian dirección de crecimiento . Ramificación falsa Scytonema Tolypothrix . Filamento joven Calothrix Filamento viejo Heterocisto terminal . Crecimiento & morfología Linaje #5 Order Stigonematales Ramificación verdadera Talo uniseriado . Talo multiseriado . .Heterocistos Fijación de Nitrógeno atmosférico heterocisto polar heterocisto intercalar .Células especializadas I. Heterocisto • Contenido hialino • Pared celular gruesa– no permite la entrada de gas atmosférico. • Fotosintéticamente inactivo • La formación del heterocisto es gatillada por [molibdeno] y baja [nitrógeno] heterocisto . Fijación de Nitrógeno • SOLO algunas cianobacterias y otras eubacterias pueden FIJAR nitrógeno atmosférico. • Nitrogenasa (enzima que participa en la fijación de N: convierte N2 ⇒ NH4+ ) es INACTIVADA por O2 Genera incompabilidad fotosíntesis vs fijación de N2 . Aquinetas Anabaena Esporas de resistencia .Células especializadas II.. ORGANISMOS COCALES Synechococcus Chroococcus Exocito Por fisión binaria regular o irregular Dermocarpa (nanocitos) ..CRECIMIENTO 1. ORGANISMOS FILAMENTOSOS a) Por simple fisión celular perpendicular al eje del tricoma Células hijas se dividen y crecen hasta tener tamaño de la cel.2. madre antes de volver a dividirse La frecuencia de fisión celular y formación de tabique procede en forma rápida y secuencial.. . b) Por ruptura del tricoma Por simple fragmentación Fragmentación a través de necridias . necridia hormogonios . Ralph Lewin. 1970 PROCHLOROPHYCEAE Tres géneros descritos: Prochloron (1970).marinos Prochlorothrix (1984) – agua dulce Prochloron . Prochlorococcus (1989) . Clase Cyanophyceae Clase Prochlorophyceae Organismos procariontes fotosintéticos Tilacoides solitarios Con ficobilisomas Clorofila “a” y pigmentos ficobilínicos Organismos procariontes fotosintéticos Tilacoides apilados (2-3) Sin ficobilisomas Divinil clorofila “a” y “b” . Cianobacteria marina que corresponde al organismo fotosintético más pequeño conocido (0.5-0.7Mb en algunas cepas) Diferenciación de cepas adaptadas a diferentes nichos ecológicos . Descubierto en 1988 gracias al empleo del citómetro de flujo Composición inusual de pigmentos fotosintéticos Muy abundante en aguas oligotróficas!!!!! Puede llegar a representar el 50% del fitoplancton marino en algunas áreas del océano IMPORTANCIA GLOBAL Genoma muy pequeño (1.7 µm). Efectos negativos asociados a cianobacterias • Proliferan excesivamente formando blooms • Algunas especies son productoras de toxinas . Efectos de los blooms de cianobacterias: • tapan filtros de agua potable • causan mal olor y sabor al agua • causan mortalidad de animales acuáticos por asfixia • algunos son tóxicos!!!! . Bloom de cianobacterias en el Mar Báltico . • Generalmente se forman en aguas calmas (poca turbulencia) • Se forman de una o pocas especies. su concentración alcanza al menos 20000células/ml • Aparecen sorpresivamente (dentro de horas) • Frecuentemente especies con vesículas de gas. Los blooms . generalmente en estaciones cálidas y en zonas con abundantes nutrientes • Las toxinas de cianobacterias resisten altas temperaturas (hervir el agua no permite anular el riesgo de intoxicación) • La toxicidad de un bloom puede fluctuar de un día a otro .Algunos datos para recordar. • TODOS los blooms de cianobacterias se consideran potencialmente tóxicos • Los blooms de cianobacterias se producen.... En lagos, especies de los géneros Microcystis, Anabaena y Oscillatoria (Planktothrix) Microcystis Anabaena Oscillatoria En el océano, Trichodesmium spp. Trichodesmium En aguas salobres: Aphanizomenon flos-aquae, Nodularia spumigena y Anabaena sp. Aphanizomenon Nodularia Las cianotoxinas son un grupo diverso de toxinas desde el punto de vista químico y toxicológico Clasificación Química: - péptidos cíclicos - alcaloides - lipopolisacáridos Toxicológica: - hepatotóxicas - neurotóxicas - dermatotóxicas (microcistinas, nodularinas, cilindrospermopsinas) Hepatotoxinas Hapalosiphon Microcystis Nodularia Aphanizomenon Anabaena Microcistinas: heptapéptidos cíclicos Región indispensable para la toxicidad Microcystis . MC no atraviesan membranas. llegan al hígado por un carrier de transporte de ácido biliar MC se unen covalentemente a protein fosfatasas eucariontes (PP1 y PP2A) inhibiéndolas Hiperfosforilación de proteínas del citoesqueleto (desintegración del hepatocito) Hemorragia hepática masiva (muerte) LD50=50 µgkg-1 peso corporal • Promotoras de cáncer hepático (PP1 y PP2A son supresoras de tumores) • MC también producen estrés oxidatvo Mecanismo de acción . son resistentes a peptidasas gástricas. Lavado gástrico . extremidades frías. debilidad. shock.Consumir tabletas de carbón . problemas respiratorios. gastroenteritis.Uso de anticuerpos monoclonales anti MC .Bloquedores del transporte la hígado (ej. vómitos y diarrea Daño hepático es rápido. ciclosporina y rifampicina) .Síntomas de intoxicación aguda: Ictericia. anorexia. apatía. palidez. irreversible y severo La terapia y profilaxis son difíciles Se ha propuesto como tratameinto: .Vitamina E (profilaxis) . Exposición crónica en bajas dosis: Promueve cáncer hepático Recomendación de la World Health Organization (WHO): agua para beber no debe contener más de 1 µgl-1 de MCs . . . Remoción de células de cianobacterias por filtración o floculación .Remoción de MC por -Adsorción con carbón activado .Irradiación con luz UV .Tratamiento de aguas contaminadas con microcistinas .Clorinación .Ozonación . . Cilindrospermopsinas: alcaloide Mecanismo de toxicidad: inhibición de la síntesis proteica e inducción de cambios apoptóticos en hepatocitos Productos de su metabolización por citocromo P450 son más tóxicos que la toxina!!! Gran parte de la toxina es excretada por células de cianobacterias intactas (diferencia con MC y nodularinas) . (anatoxinas. saxitoxinas) Neurotoxinas Lyngbya Aphanizomenon Anabaena Oscillatoria . Anatoxinas (alcaloide) Análogo estructural de cocaína y acetilcolina (neurotransmisor) Mecanismo de toxicidad: unión irreversible al receptor de acetilcolina causando apertura de los canales de sodio (influjo constante). Otras anatoxinas inhiben acetilcolinesterasas . depolarizando membranas y causando sobrestimulación de células musculares. sofocación. sofocación. convulsiones. contracción muscular involuntaria. cianosis. muerte .Síntomas de intoxicación con anatoxinas: Mareo. pérdida de conciencia. causa alteración en la propagación del potencial de acción a los músculos .Saxitoxinas (alcaloide) Idem al “Veneno paralizante de mariscos” producido por dinoflagelados Mecanismo de toxicidad: Bloqueo de canales de sodio deteniendo su influjo. muerte . pérdida de conciencia.Síntomas de intoxicación con saxitoxinas: Hormigueo y adormecimiento alrededor de los labios. parálisis. falla respiratoria. Dermatotoxinas (Lyngbyatoxinas. LPS) Producen dermatitis. conjuntivitis e inflamación gastrointestinal . tratar los síntomas. consultar al médico. • Ingesta: ingerir tabletas de carbón. tratar los síntomas. consultar al médico. • REPORTAR el incidente para prevenir nuevas intoxicaciones .¿Qué hacer si se ha tenido contacto con un bloom de cianobacterias? • Piel: lavar inmediatamente con abundante agua potable. dermatitis . Causa: Nodularina spumigena Nodularia spumigena Se han registrado cianobacterias toxigénicas en países de todos los continentes Muerte de animales domésticos y salvajes. envenenamiento de animales de granja en el Lago Alexandrina. intoxicaciones humanas. Sur de Australia.Primer caso documentado de intoxicación con cianotoxinas: 1878. Se detectó altos niveles de estas cianotoxinas en hígado y suero de estos pacientes En el proceso de diálisis la sangre de los pacientes se expone a aproximadamente 120 l de agua . Brasil. de estos 100 desarrollaron falla hepática y 76 pacientes murieron. 116 pacientes presentaron gastroenteritis.Caruaru. 1996 En una clínica de hemodiálisis durante un corte de agua se utilizó agua contaminada con microcistinas y cylindrospermopsinas (hepatotoxinas). Zonas agropecuarias . Concepción Blooms de Microcystis sp. Laguna Rocuant.1995-1996. productores de microcistinas En Chile: Laguna Las Tres Pascualas. Concepción. Laguna Tres Pascualas. Chile . Talcahuano 1998. . Cianobacterias de interés comercial . como biofertilizantes Nostoc sp. .Cianobacterias fijadoras de N2. Anabaena sp. ARTHROSPIRA . Propiedades nutricionales: Alto contenido de proteínas (60 a 70% de peso seco) Vitaminas (B12) Provitamina A (β-caroteno) Acidos grasos esenciales Minerales (fierro) Propiedades terapéuticas: Antialérgico Antianémico Anticancerígena Antigenotóxico Antihepatotóxico Antiinflamatorio Antiparasitario Antitóxico Antiviral Protector cardiovascular Hipoglicemiante Hipolipidémico Inmunoestimulante . .¿el superalimento del futuro? ..Arthrospira. Alto contenido en proteínas (60 a 70% de peso seco) Biomoléculas de alto valor agregado Ficocianina ác. grasos polinsaturados (AGPIs) COOH ác.linolénico (GLA) . γ . Ficocianina Colorante azul Marcador fluorescente en técnicas de laboratorio . Uso directo de la biomasa . Cultivo masivo de cianobacterias . LUZ CO2 AGUA NUTRIENTES ALIMENTO C I A N O B A C T E R I A BIOFERTILIZANTES COMBUSTIBLE ACONDICIONADORES DE SUELO PRODUCTOS DE ALTO VALOR AGREGADO . Cepario . Cultivo al aire libre en piletas o raceway Altas tasas de evaporación y riesgo de contaminación . . Hawai .. Chile .Cultivo comercial de Arthrospira Solarium Biotechnology. Iquique.