Durante os meses quentes, o Lago Erie se torna um cenário ideal para o crescimento rápido de cianobactérias, também conhecidas como algas azul-esverdeadas. Nessas condições, as algas podem formar grandes florescimentos que liberam toxinas em níveis capazes de prejudicar tanto a vida selvagem quanto os seres humanos.
Pesquisadores da Universidade de Michigan identificaram agora o organismo responsável pela produção dessas toxinas. Seu trabalho aponta um tipo específico de cianobactéria, chamado Dolichospermum, como a fonte.
Os florescimentos de algas nocivas, ou HABs, podem ser compostos por várias espécies de cianobactérias, cada uma capaz de gerar diferentes toxinas. Determinar qual espécie produz qual toxina é fundamental para o monitoramento, previsão e gerenciamento de eventos de florescimento.
Identificando a Fonte de Microcistina e Saxitoxina
Um grande florescimento em 2014 gerou a toxina microcistina e representou uma ameaça séria ao suprimento de água potável de Toledo. Anteriormente, em 2007, cientistas detectaram sinais de uma toxina extremamente potente chamada saxitoxina no Lago Erie, embora sua fonte biológica permanecesse desconhecida. As saxitoxinas pertencem a um grupo de neurotoxinas intimamente 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 orientar políticas e gestão, embora ainda estejamos longe disso neste caso.”
Utilizando 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 eles surgiam 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 então pesquisou esse genoma em busca de genes envolvidos na produção de saxitoxina.
A análise revelou várias cepas de Dolichospermum vivendo no Lago Erie. No entanto, apenas determinadas cepas possuíam a habilidade de produzir saxitoxina. Enquanto a razão para essa diferença ainda não está clara, os pesquisadores começaram a examinar as condições ambientais que podem influenciar a produção de toxinas.
Indícios Ambientais em Temperatura e Níveis de Nutrientes
A equipe coletou amostras de vários locais ao longo do Lago Erie durante todo o ano e mediu a quantidade do gene relacionado à saxitoxina presente em cada amostra. Muitas vezes, detectaram níveis mais altos desse gene em águas mais quentes.
“Isso é interessante porque sabemos que os lagos estão mudando com a mudança climática,” disse Den Uyl, um cientista do Instituto Cooperativo para Pesquisa dos Grandes Lagos da U-M, ou CIGLR. “Com o aquecimento dos lagos, uma das grandes perguntas é como isso mudará as comunidades biológicas, incluindo os florescimentos nocivos de cianobactérias.”
Eles também observaram 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 de Dolichospermum: a presença de um gene que sugere que pode usar nitrogênio na forma de dinitrogênio, um gás atmosférico abundante. Segundo Dick, apenas um número limitado de organismos pode utilizar nitrogênio nessa forma, dando a Dolichospermum uma vantagem competitiva em determinadas condições.
“Uma das coisas interessantes sobre ter o genoma completo é que você pode ver tudo o que o organismo pode fazer, pelo menos teoricamente,” disse Dick, que também é diretor do CIGLR. “Você tem o projeto completo 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 uma espécie de superpoder. Poucos organismos podem fazer isso, e isso os torna mais competitivos nessas condições.”
Monitorando Riscos a 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 muito curto para determinar se os níveis de toxina aumentarão à medida que o clima continuar a aquecer.
“Mas agora que sabemos quem está produzindo, acho que podemos ficar mais atentos a esses organismos e também podemos avaliar diretamente a abundância do gene ao longo do tempo,” disse Dick. “Planejamos continuar monitorando a abundância desse organismo, mas é cedo demais para dizer se está se tornando mais abundante. É apenas uma correlação, mas essa correlação com a temperatura é preocupante.”
O estudo deles é publicado na revista Environmental Science & Technology.
