Upload
heitor-guimaraes-godoi
View
221
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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 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
Gêneros e Grupos de Cianobactérias
Grupo Gênero DNA (mol% GC)
I. Unicelular: células individuais ou agregados
Gloeothece, Gloeobacter,Synechococcus, Cyanothece, Gloeocapsa,Synechocystis, Chamaesiphon, Merismopedia
35-71
II.Pleurocapsaleano: reproduzem-se por pequenas cels. esféricas
Dermocarpa,Xenococcus,Dermocarpella,Pleurocapsa,Myxosarcina,Chroococcidiopsis
40-46
III.Oscilatoriano:filamentosas, dividem-se por fissão binária
Oscillatoria, Spirulina, Arthrospira, Lyngbya,Microcoleus, Pseudanabaena
40-67
IV.Nostocaleano: filamentosas que produzem heterocistos
Anabaena, Nostoc, Calothrix, Nodularia, Cylinodrosperum, Scytonema
38-46
V.Ramificantes, dividem-se formando ramificações
Fischerella, Stigonema, Chlorogloeopsis, Hapalosiphon
42-46
Fonte : Madigan et al. (2004), Microbiologia de BROCK
Diversidade Morfológica
IV-Filamentosa
III-Oscilatoriano
IVII
IV
I I
I-Unicelular
II-PleurocapsalenoIV-Nostocaleano
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);
• Luxury consuption (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;
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• 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
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.
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• Betametil amino 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
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 Nodularia spumigena
• Lipopolissacarídeos (LPS):Dermatotoxina
Todas as cianobactérias podem produzir
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
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 MicrocystisFonte: MS. FUNASA, 2003
Eutrofização- Origem dos nutrientes• Origem antrópica-
diferentes fontes de N e P:• PO4
3- 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 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 trófico dos lagos
Estado trófico IET
Oligotrófico < 44
Mesotrófico 44-54
Eutrófico 54- 74
Hipereutrófico > 74•FONTE: Limnologia Fluvial, Brigante & Espínndola, 2003
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.
Consequências da EutrofizaçãoAumento do fitoplâncton e de macrófitas aquáticas- Z.eufóticaDiminuição da transparência e da zona eufóticaAumento da respiração por parte das bactérias na zona afóticaMorte de organismos sensíveis à redução da conc. de O2 (peixes)Condições anaeróbias no hipolímnioPredomínio de bactérias anaeróbias e facultativas no sedimento (produção de H2S e CH4), tóxicos para peixes e plantas.
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)
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
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;
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
• 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
Cianobactérias-Consequência das Florações
Floração de CylindrospermopsisFonte: MS FUNASA, 2003
Cianobactérias-Problemas de Saúde Pública
• Cianotoxinas, águas de abastecimento
• Francis G(1878). “Poisonous Australian lake” Nature 18:11-12 (intoxicação por Nodularia spumigena) ;
• 1979: Palm Island (Austrália); surto de hepato-enterite; Doença misteriosa de Palm Island; C. raciborskii na água da represa (aplicação de algicidas);
• Itaparica (1988): 88 mortes em 200 casos;Cylindrospermopsis
Fonte: http://www.waterquality.crc.org.au
Cianobactérias-Problemas de Saúde Pública
• 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)(19,5g/l)no carvão ativado utilizado no sistema de purificação de água da clínica
Fonte: Carmichael et al. 2001, Environ. Health perspectives.
Dados água bruta-COMPESA
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
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 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
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)
• 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
Medidas Corretivas
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.
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. et al (2001)Human Fatalities from Cyanobacteria:
Chemical and Biological evidence for Cyanotoxins. Environmental Health 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.