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Microbiologia das Cianobactérias Juliana Calabria de Araujo

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Microbiologia das Cianobactérias Juliana Calabria de Araujo. Juliana Calábria de Araújo. Principais Características . Conhecidas como algas verdes-azuis (Cianofíceas); cianoprocariontes;

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Presentation Transcript
principais caracter sticas
Principais Características
  • Conhecidas como algas verdes-azuis (Cianofíceas); cianoprocariontes;
  • Origem: 3,5 bilhões de anos; Primeiros organismos fototróficos emissores de O2 na Terra, conversão atm de anóxica para óxica.
  • Células procariotas, não apresentam organelas; DNA não está localizado em núcleo definido; Gram negativas
  • Ausência de plastos, rep. Assexuada, parede celular com glicopeptídeos
  • Fotossíntese oxigênica, mas algumas podem crescer em ausência de luz a partir de glicose e outros açúcares
  • Somente clorofila a, ficobilinas (pig. Acessórios):ficocianinas e ficoeritrinas;
  • Substância de reserva semelhante ao glicogênio
  • Vivem ambientes diversos e inóspitos (fontes termais, neve, cinzas vulcânicas, deserto)
principais caracter sticas das cianobact rias
Principais Características das Cianobactérias
  • Classe Cyanophyceae, com 150 gêneros , 2.800 espécies
  • Principais gêneros: Synechococcus,
  • Oscillatoria, Nostoc;
  • Espécies unicelulares (Chroococcus);
  • Coloniais (Microcystis)
  • Filamentosas (Anabaena, Planktothrix, Cylindrospermopsis); e filamentosa com ramificações (Fischerella)
  • Produzem cepas tóxicas (cerca de 40 sps.) e não-tóxicas; no Brasil: 20 sps. Tóxicas distribuídas em 14 gêneros;
  • Tamanho: cels. Diâmetro de 0,5- 1um até 40 um (Oscillatoria princeps)

Fonte: http://www.waterquality.crc.org.au

g neros e grupos de cianobact rias
Gêneros e Grupos de Cianobactérias

Fonte : Madigan et al. (2004), Microbiologia de BROCK

diversidade morfol gica
Diversidade Morfológica

IV-Filamentosa

IV

III-Oscilatoriano

II

IV

IV-Nostocaleano

II-Pleurocapsaleno

I

I

I-Unicelular

estrat gias adaptativas
Estratégias Adaptativas
  • Produção de toxinas;
  • Fixação de N2 (- células especiais heterocistos-nitrogenase-N2-NH3-Glutamina); exigem 10x mais Fe que algas Não-fixadoras; ambientes com baixos valores N/P;
  • Flutuabilidade na coluna d´água (aerótopos); existência de vacúolos de gás com acúmulo de carboidratos, > ou < densidade da célula (buscam + ou – luz);
  • Luxuryconsuption(assimilam mais nutrientes que o necessário, estocam P);
  • Baixa exigência de CO2 e luz (quando o pH é alto, precisam de pouca E p/ processos vitais); mas são capazes de suportar elevada intensidade luminosa;
estrat gias adaptativas cont
Estratégias Adaptativas (cont...)
  • Resistem a altos valores de pH (pH 6 a 9), temp. 15 a 30°C e águas com alta [nutrientes] ;
  • Aumento da Temp = estratificação: vantagem para algas com capacidade de migração (cianob.); eliminação de competidores da Z. fótica (diatomáceas afundam); > atividade do zooplâncton = > consumo de outros grupos algais;
  • Pouco eficientes na competição por fosfato (dependem de carga > de P); presença de NH3 (favorece o crescimento- ambientes impactados); NO3 inibe o crescimento;
  • São pouco predadas pelo zooplâncton (pois possuem muita proteína e pouco carboidratos), existência de camada gelatinosa (baixa digestabilidade, célula é dura);
  • São K estrategistas, exigem portanto > tempos de residência da água (> 10 dias)
cianotoxinas
Cianotoxinas
  • São metabólitos secundários, intracelulares;
  • Função protetora contra herbivoria;
  • São estáveis no escuro (não removidos por fervura)
  • Durante floração:> 90% toxinas nas células
  • Durante a lise celular: > 50% toxinas estão dissolvidas
  • são hepatotóxicas (cilindrospermopsina), neurotóxicas (anatoxina-a e saxitoxina), ou citotóxicas;
  • Anatoxina e cilindrospermopsina podem sofrer degradação fotoquímica;
  • Microcistina sofre lenta degradação fotoquímica e podem ser degradadas por bactérias
  • Não tem estudos de degradação de saxitoxina por bactérias

anatoxina-a

saxitoxinas

cilindrospermopsina

cianotoxinas1
Cianotoxinas
  • Microcistina: hepatotoxina (fígado) peptídeo
  • Principais gêneros com sps. produtoras de microscistinas:Microcystis (aeruginosa e viridis), Anabaena, Anabaenopsis, Aphanizomenon flos-quae, Nostoc, Planktothrix, Sinechocystis, Oscillatoria, Radiocystis.
cianotoxinas2
Cianotoxinas
  • Saxitoxinas(PSP ou TPM-toxina paralisante de Mariscos): Neurotoxina/alcalóides;

Gêneros protudores: Anabaena, Aphanizomenon, Cylindrospermopsis, Trichodesmium, Nostoc

  • Anatoxinas: Neurotoxina/alcalóides nitrogenados

(TS: 1 a 20 minutos), morte por parada respiratória

Gêneros protudores: Anabaena, Aphanizomenon, Plaktothrix

  • Betametilamino alanina (BMAA): Neurotoxina/ amino ácidos
  • Causa desenvolvimento precoce de doença neurodegenerativa semelhante a esclerose amiotrófica lateral/Parkinsonismo

Gêneros produtores: Nostoc, Microcystis, Synechocystis, Lyngbya, Anabaena, trichodesmium, Cylindrospermopysis, Nodularia, Aphanizomenon, Calothrix

cianotoxinas3
Cianotoxinas
  • Cilindrospermopsina: Citotoxina/alcalóides sulfatados;
  • Toxina de ação lenta, inibi a síntese protéica; causa lesões no fígado, pulmãos, rins e mucosa gástrica

Principais gêneros produtores: Aphanizomenon, Cylindrospermopsis, Umezakia, Raphidiopsis

  • Nodularina:hepatotoxina; identificada em Nodulariaspumigena
  • Lipopolissacarídeos (LPS):Dermatotoxina
  • Todas as cianobactérias podem produzir
cianobact rias e o meio ambiente
Cianobactérias e o Meio Ambiente
  • Cianobactérias bentônicas: vivem no fundo de ambientes aquáticos onde há luz e formam massas;

Altas taxas fotossintéticas que produzem O2 fazendo com que parte da massa suba à superfície;

Cianobactérias bentônicas podem produzir toxinas

Causam problemas :

-Recreação de contato primário (natação ,

esqui aquático e mergulho) ,

-Dessedentação de animais

cianobact rias e o meio ambiente1
Cianobactérias e o Meio Ambiente
  • Cianobactérias planctônicas
  • Florações X Eutrofização,
  • Aumento da biomassa de cianobactérias, algas e plantas aquáticas causado pela Eutrofização, que é o excesso de nutrientes (N e P) nos corpos d´água
  • Ocorrência :
  • -Lagos, reservatórios, oceanos (menor ocorrência em rios)

Floração de Cylindrospermopsis

Floração de Microcystis

Fonte: MS. FUNASA, 2003

eutrofiza o origem dos nutrientes
Eutrofização- Origem dos nutrientes
  • Origem antrópica- diferentes fontes de N e P:
  • PO43- e NO3-
  • Esgotos domésticos, detergentes, sabões, excrementos humanos
  • Efluentes industriais: orgânicos,
  • Efluentes agrícolas: excrementos animais,
  • Escoamento de áreas rurais: fertilizantes, pesticidas;
  • Chuvas: poluição atmosférica
estado tr fico dos lagos
Estado Trófico dos Lagos
  • Oligotróficos

-Baixa produtividade biológica

-Alta transparência

-Baixa concentração de nutrientes

  • Mesotróficos

-situação de transição

  • Eutróficos

-Alta produtividade biológica

-Baixa transparência

-Alta concentração de nutrientes

estado tr fico dos lagos1
Estado trófico dos lagos

Para investigar o nível de eutrofização da água, Carlson (1977)

relacionou os parâmetros: fósforo total, fosfato inorgânico e clorofila-a, com modificações para sistemas tropicais.

  • FONTE: Limnologia Fluvial, Brigante &Espínndola, 2003
consequ ncias da eutrofiza o
Consequências da Eutrofização

Aumento do fitoplâncton e de macrófitas aquáticas- Z.eufótica

Diminuição da transparência e da zona eufótica

Aumento da respiração por parte das bactérias na zona afótica

Morte de organismos sensíveis à redução da conc. de O2 (peixes)

Condições anaeróbias no hipolímnio

Predomínio de bactérias anaeróbias e facultativas no sedimento

(produção de H2S e CH4), tóxicos para peixes e plantas.

algas encontradas em guas polu das
Algas encontradas em águas poluídas

Phormidium

Anabaena

Oscillatoria

cianobact rias e o meio ambiente2
Cianobactérias e o Meio Ambiente
  • Fatores que influenciam a formação de florações
  • População pré-existente
  • Intensidade luminosa:
  • Tolerância a altas intensidades luminosas (carotenóides)
  • Requerem pouca energia para a manutenção das funções celulares (capazes de crescer em intensidade luminosa mais baixa- águas turvas)
cianobact rias e o meio ambiente3
Cianobactérias e o Meio Ambiente
  • Fatores que influenciam a formação de florações
  • Aerótopos:
  • células com densidade menor que a água;
  • Capacidade de controlar sua flutuabilidade, formação de escumas superficiais, coluna d´água
cianobact rias e o meio ambiente4
Cianobactérias e o Meio Ambiente
  • Fatores que influenciam a formação de florações
  • Taxa de Crescimento:
  • possuem Taxa de crescimento bem menor que outras algas (> tempo de residência = floração) células com densidade menor que a água;
  • Fósforo e Nitrogênio:
  • -Maior afinidade por P e N que outros organismos fotossintéticos;
  • -capacidade de estocar P – crescimento da biomassa ;
  • -Relação N:P < 10 ;
  • -Capacidade de fixar N2 (presença de heterocistos) ;
  • Estabilidade da população:
  • Não sofrem impactos significativos devido à herbivoria;
  • Presença de acinetos, que são esporos de resistência;
cianobact rias e o meio ambiente5
Cianobactérias e o Meio Ambiente
  • Fatores que influenciam a formação de florações
  • Temperatura:
  • Temperatura ótima acima de 25°C, podendo crescer entre 15 e 35° C
slide27

Cianobactérias-Consequência das Florações

  • Ambiental:
  • Eliminação de espécies benéficas por competição (luz e nutrientes)- redução da diversidade;
  • mortandade de animais; consumo de OD na água pela elevada respiração e decomposição; bioacumulação das toxinas

Floração de Cylindrospermopsis

Fonte: MS FUNASA, 2003

cianobact rias problemas de sa de p blica
Cianobactérias-Problemas de Saúde Pública
  • Cianotoxinas, águas de abastecimento
  • Francis G(1878). “PoisonousAustralianlake” Nature18:11-12 (intoxicação por Nodulariaspumigena) ;
  • 1979: PalmIsland (Austrália); surto de hepato-enterite; Doença misteriosa de PalmIsland; C. raciborskiina água da represa (aplicação de algicidas);
  • Itaparica (1988): 88 mortes em 200 casos;

Cylindrospermopsis

Fonte: http://www.waterquality.crc.org.au

cianobact rias problemas de sa de p blica1
Cianobactérias-Problemas de Saúde Pública

Dados água bruta-COMPESA

  • Caruaru/Pe (1996): “síndrome de Caruaru”;
  • 131 pacientes (116 tiveram perturbações visuais, náuseas e vômitos após o tratamento e desses 76 tiveram falha aguda do fígado, e vieram a óbito ).(10 caso comprovado em seres humanos);
  • presença de microcistinas e cilindrospermopsina (hepatotoxina)(19,5mg/l)no carvão ativado utilizado no sistema de purificação de água da clínica

Fonte: Carmichael et al. 2001,

Environ. Health perspectives.

cianobact rias e sa de p blica
Cianobactérias e Saúde Pública
  • Legislação :
  • Portaria MS 518/2004 estabeleceu limites para:
  • Microcistina: 1ug/l (mandatório =OMS);
  • Saxitoxina: 3ug/l (recomendação)
  • Cilindrospermopsina: 15ug/l (recomendação)
  • Res CONAMA 357/2005
  • Classe 1: 20.000 cel./ml, biovol de 2mm3/L, clorofila 10ug/L
  • Classe 2: 50.000 cel/ml, 5mm3/L, 30ug/L
  • Classe 3: 100.000 cel/ml, 10mm3/L, 60 ug/L;
  • OMS – Níveis de Alerta
  • Vigilância : até 2.000 cel/ml ou 1ug/l de clorofila a;
  • Alerta 1 : até 100.000 cel/ml ou 50ug/l de clorofila a
  • Alerta 2: busca de fontes alternativas; divulgação
cianobact rias e padr es de monitoramento
Cianobactérias e Padrões de monitoramento
  • Até 10.000 cél/ml (1mm3/L de biovolume): monitoramento mensal no ponto de captação;
  • Acima de 10.000 cel/ml: monitoramento semanal;
  • Acima de 20.000 cél/ml (2mm3/L de biovolume): análise semanal de cianotoxinas na água –saída da ETA e nos hidrômetros de clínicas de hemodiálise e indústrias de injetáveis;
  • Análise pode ser dispensada se não houver comprovação de toxicidade na água bruta por meio de bioensaios semanais em camundongos.
  • Proibição do uso de algicidas (lise celular e liberação de toxinas).
problemas no tratamento da gua
Problemas no Tratamento da água
  • Entupimento de filtros (Anabaena, Oscillatoria);
  • Corrosão (material algal pode servir de substrato para o desenvolvimento de bactérias, corrosão tubos de aço por Planktothrix, e de concreto por Microcystis);
  • Formação de limo;
  • Interferência na floculação e decantação em ETA;
  • Formação de THM (tb são precursoras de THM não apenas as substâncias húmicas)
  • Sabor e Odor (Microcystis:cheiro de capim ou grama, durante a decomposição odor séptico; Anabaena, Aphanizomenon, Lyngbya, Oscillatoria, Phormidium, Schizothrix, Symploca: odor de barro ou mofo)
  • Sabor e odor podem ser usados como sinal de alerta
estrat gias de controle preventivas
Estratégias de controle- Preventivas
  • Uso de Algicidas: limitado a baixas populações ou quando houver um manancial alternativo (enquanto as toxinas se degradam);
  • Portaria 518 do MS proíbe a aplicação de algicidas no ponto de captação quando o número de cianobactérias for maior que 20.000 céls./ml)
  • Retirada de Fontes pontuais e difusas de nutrientes
  • Mudança de profundidade de captação;
  • Utilização de aeração/ cortina de ar;
  • Utilização de barreiras flutuantes;
  • Redução do tempo de residência em reservatórios;
  • Sombreamento: utilização de corantes, placas sombreadoras, bolas de isopor;
  • Precipitação química de nutrientes: uso de floculantes (sais de Fe e Al);
  • Biomanipulação:redução do zooplâncton herbívoro (ingere outros grupos algais), redução de peixes que predam o zooplâncton, introdução de macrófitas (competem com o fitoplâncton)
medidas corretivas
Medidas Corretivas
  • Tratamento da água
  • Floculação → Flotação → Filtro rápido
  • Filtro lento
  • Carvão ativado
  • Ultra-filtração
  • Processos oxidativos (cloração, ozonização): Cl mais eficiente para cilindrospermopsina
  • O tratamento de água deve remover as células viáveis e não promover a sua lise; o ideal é a remoção de células intactas;
  • Tratamento convencional com coagulação pode ser eficiente na retirada de cianobactérias, mas não atua na ração dissolvida (pode interferir na lise celular e na detecção de toxinas);
  • Liberação de toxinas pode ser potencializada por: pré-oxidação, algicidas, pressão de bombeamento, transporte de água bruta em longas adutoras
estrat gias de controle de cianobact rias
Estratégias de Controle de Cianobactérias
  • Identificação das cianobactérias presentes em um corpo d´água: ferramenta de gerenciamento da qualidade da água, avaliação direta do tipo de toxina que pode estar presente e ao mesmo tempo indica o tipo de método analítico a ser utilizado
  • Monitoramento ambiental: importante para predizer florações, monitorar seu desenvolvimento para elaboração de planos de contingência, avaliar ações de controle e remediação, análise da qualidade ecológica das águas superficiais.
refer ncias bibliogr ficas
Referências Bibliográficas
  • Von Sperling, E (2009) Biologia Sanitária e Ambiental (apostila da disciplina do curso de pós-graduação- SMARH);
  • Di Bernardo (1995) Algas e suas influências na Qualidade das águas e nas tecnologias de Tratamento. Rio de Janeiro: ABES, 140p.
  • Madigan, M.T.et al. (2004) Microbiologia de Brock. São Paulo: Prentice Hall, 608p.
  • www.bioalgas.com.br
  • Carmichael, W.W.etal (2001)HumanFatalitiesfromCyanobacteria: ChemicalandBiologicalevidence for Cyanotoxins. EnvironmentalHealth Perspectives,v. 109,663-668
  • Cianobactérias tóxicas na água para consumo humano na saúde pública e processos de remoção em água para consumo humano. Brasília. Ministério da Saúde: Fundação Nacional de Saúde. 2003. 56p.
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