Microbiologia das cianobact rias 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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Microbiologia das cianobact rias juliana calabria de araujo

Microbiologia das CianobactériasJuliana Calabria de Araujo

Juliana Calábria de Araújo


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 grânulosCianobactérias

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


Diversidade morfol gica
Diversidade Morfológica grânulos

IV-Filamentosa

IV

III-Oscilatoriano

II

IV

IV-Nostocaleano

II-Pleurocapsaleno

I

I

I-Unicelular


Estrat gias adaptativas
Estratégias Adaptativas grânulos

  • 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 grânulos(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 grânulos

  • 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 grânulos

  • 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 grânulos

  • 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 grânulos

  • 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 sintéticas (Nobre, 1997)

  • 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 sintéticas (Nobre, 1997)

  • 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 sintéticas (Nobre, 1997)

  • 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


Causas e consequ ncias da
Causas e Consequências da sintéticas (Nobre, 1997)

N e P


Estado tr fico dos lagos
Estado Trófico dos Lagos sintéticas (Nobre, 1997)

  • 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 sintéticas (Nobre, 1997)

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 sintéticas (Nobre, 1997)

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 sintéticas (Nobre, 1997)

Phormidium

Anabaena

Oscillatoria


Cianobact rias e o meio ambiente2
Cianobactérias e o Meio Ambiente sintéticas (Nobre, 1997)

  • 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 sintéticas (Nobre, 1997)

  • 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 sintéticas (Nobre, 1997)

  • 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 sintéticas (Nobre, 1997)

  • Fatores que influenciam a formação de florações

  • Temperatura:

  • Temperatura ótima acima de 25°C, podendo crescer entre 15 e 35° C


Cianobactérias-Consequência sintéticas (Nobre, 1997) 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- sintéticas (Nobre, 1997)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- sintéticas (Nobre, 1997)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 sintéticas (Nobre, 1997)

  • 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 sintéticas (Nobre, 1997)

  • 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 sintéticas (Nobre, 1997)

  • 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 sintéticas (Nobre, 1997)

  • 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 sintéticas (Nobre, 1997)

  • 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 sintéticas (Nobre, 1997)

  • 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 sintéticas (Nobre, 1997)

  • 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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