Microplankton Community Composition Associated With Toxic Trichodesmium Aggregations in the Southwest Atlantic Ocean

The spatial distribution and species identification of Trichodesmium was assessed during two fall cruises along the Southwest Atlantic Ocean shelf break. Organisms from the microplankton >50 μm were collected using a vertical plankton net for quantification and identification of the microplanktonic community associated with the genus. Additional sub-samples were filtered and prepared for quantification and discrimination of phycotoxins from the particulate matter using High Performance Liquid Chromatography. Physical parameters such as temperature, salinity, wind speed, and mixed layer depth were used in order to evaluate the environmental conditions at the time of sampling and correlate with Trichodesmium occurrence. Overall, Trichodesmium abundances were higher in the northernmost stations under wind speeds of <8 knots and shallow mixed layer depths <40 m. Besides frequent reports on the occurrence of T. erythraeum and T. thiebautii for this region, we identified three species as T. clevei, T. hildebrandtii, and T. radians. In the majority of stations where Trichodesmium was not the dominant organism, other microplanktonic groups were present such as centric diatoms and dinoflagellates. The toxin analysis was positive for saxitoxins predominantly when Trichodesmium was at high numbers of trichomes per liter in the stations; however, there was an inverse relationship between abundance of trichomes and toxin concentrations. Using information from the environmental variables and Trichodesmium abundance, we suggest that the toxin production might take place during the aggregation phase of trichomes at surface, and that saxitoxins could be inhibiting the growth of other microplanktonic organisms

Acute Exposure to Microcystin-Producing Cyanobacterium Microcystis aeruginosa Alters Adult Zebrafish (Danio rerio) Swimming Performance Parameters

Microcystins (MCs) are toxins produced by cyanobacteria (blue-green algae), primarily Microcystis aeruginosa, forming water blooms worldwide. When an organism is exposed to environmental perturbations, alterations in normal behavioral patterns occur. Behavioral repertoire represents the consequence of a diversity of physiological and biochemical alterations. In this study, we assessed behavioral patterns and whole-body cortisol levels of adult zebrafish (Danio rerio) exposed to cell culture of the microcystin-producing cyanobacterium M. aeruginosa (MC-LR, strain RST9501). MC-LR exposure (100 μg/L) decreased by 63% the distance traveled and increased threefold the immobility time when compared to the control group. Interestingly, no significant alterations in the number of line crossings were found at the same MC-LR concentration and time of exposure. When animals were exposed to 50 and 100 μg/L, MC-LR promoted a significant increase (around 93%) in the time spent in the bottom portion of the tank, suggesting an anxiogenic effect. The results also showed that none of the MC-LR concentrations tested promoted significant alterations in absolute turn angle, path efficiency, social behavior, or whole-body cortisol level. These findings indicate that behavior is susceptible to MC-LR exposure and provide evidence for a better understanding of the ecological consequences of toxic algal blooms

Convergent evolution of [D-Leucine(1)] microcystin-LR in taxonomically disparate cyanobacteria

BACKGROUND: Many important toxins and antibiotics are produced by non-ribosomal biosynthetic pathways. Microcystins are a chemically diverse family of potent peptide toxins and the end-products of a hybrid NRPS and PKS secondary metabolic pathway. They are produced by a variety of cyanobacteria and are responsible for the poisoning of humans as well as the deaths of wild and domestic animals around the world. The chemical diversity of the microcystin family is attributed to a number of genetic events that have resulted in the diversification of the pathway for microcystin assembly. RESULTS: Here, we show that independent evolutionary events affecting the substrate specificity of the microcystin biosynthetic pathway have resulted in convergence on a rare [D-Leu(1)] microcystin-LR chemical variant. We detected this rare microcystin variant from strains of the distantly related genera Microcystis, Nostoc, and Phormidium. Phylogenetic analysis performed using sequences of the catalytic domains within the mcy gene cluster demonstrated a clear recombination pattern in the adenylation domain phylogenetic tree. We found evidence for conversion of the gene encoding the McyA(2) adenylation domain in strains of the genera Nostoc and Phormidium. However, point mutations affecting the substrate-binding sequence motifs of the McyA(2) adenylation domain were associated with the change in substrate specificity in two strains of Microcystis. In addition to the main [D-Leu(1)] microcystin-LR variant, these two strains produced a new microcystin that was identified as [Met(1)] microcystin-LR. CONCLUSIONS: Phylogenetic analysis demonstrated that both point mutations and gene conversion result in functional mcy gene clusters that produce the same rare [D-Leu(1)] variant of microcystin in strains of the genera Microcystis, Nostoc, and Phormidium. Engineering pathways to produce recombinant non-ribosomal peptides could provide new natural products or increase the activity of known compounds. Our results suggest that the replacement of entire adenylation domains could be a more successful strategy to obtain higher specificity in the modification of the non-ribosomal peptides than point mutations.Peer reviewe

Microcystin-LR acute exposure increases AChE activity via transcriptional ache activation in zebrafish (Danio rerio) brain

AbstractMicrocystins (MCs) constitute a family of cyanobacterial toxins, with more than 80 variants. These toxins are able to induce hepatotoxicity in several organisms mainly through the inhibition of protein phosphatases PP1 and PP2A and oxidative stress generation. Since recent evidence shows that MCs can either accumulate in brain or alter behavior patterns of fish species, in this study we tested the in vitro and in vivo effects of MC-LR at different concentrations on acetylcholinesterase (AChE) activity in zebrafish brain. In vivo studies showed that 100μg/L MC-LR led to a significant increase in the AChE activity (27%) when zebrafish were exposed to the toxin dissolved in water, but did not cause any significant changes when injected intraperitoneally. In addition, semiquantitative RT-PCR analysis demonstrated that 100μg/L MC-LR exposure also increased ache mRNA levels in zebrafish brain. The in vitro assays did not reveal any significant changes in AChE activity. These findings provide the first evidence that brain AChE is another potential target for MCs and suggest that the observed increases in AChE enzymatic activity and in ache transcript levels after MC-LR exposure depend, at least partially, on branchial uptake or ingestion

Florações de Microcystis na Lagoa dos Patos e o seu estuário: 20 anos de estudos

Florações da cianobactéria Microcystis são regulares e recorrentes na lagoa dos Patos e seu estuário (RS). Embora o primeiro registro científico seja datado de 1987, informações de antigos moradores das margens indicam que as florações de cianobactérias existem desde o inicio do século passado. Durante os meses de verão e outono as grandes florações de M. aeruginosa aparecem e estão associadas ao fluxo de enchente do estuário, a condições N:P entre 10:1 a 16:1 e a temperaturas médias da água acima de 20ºC. Este fluxo mais lento de descarga das águas de superfície permite diversos ciclos de crescimento de Microcystis e o efeito do sal marinho interfere na composição intra e extracelular de microcistinas. No verão de 1995 a cepa RST9501 foi isolada a partir de uma floração na lagoa dos Patos e suas células consideradas tóxicas em bioensaios com camundongos, microcrustáceos e camarões. A cepa possui quatro variantes de microcistinas sendo a principal a D-Leu1 MCyst-LR. Estas toxinas foram também acumuladas por mariscos marinhos das praias do Atlântico Sul e por peixes de água doce. A toxicidade das microcistinas desta cepa tem sido avaliada através de testes que demonstraram estresse oxidativo em poliquetas e caranguejos marinhos e através de interferência na osmoregulação de peixes. As microcistinas isoladas da lagoa dos Patos são consumidas por bactérias heterotróficas do gênero Burkholderia. As florações também produzem endotoxinas presentes em quantidades proporcionais às células de Microcystis e tem causado problemas de irritação de pele por contato em banhistas na região.Cyanobacterial blooms of Microcystis are frequent in the Patos Lagoon and estuary located in Rio Grande do Sul State, Brazil. Although the first scientific record of such occurrence dates to 1987, local villagers claim cyanobacterial blooms have occurred in the area since the begining of the 20th century. Great blooms of M. aeruginosa take place during the summer and fall, as a result of seasonal swells in the estuary and suitable abiotic conditions, as N:P ratios between 10:1 and 16:1 and water temperatures above 20ºC. The reduced water outflow enables the growth of Microcystis populations, and the surplus of sea salt directly affects intracellular and extracellular composition of microcystins. The strain RST9501 was isolated in the summer of 1995 from a cyanobacterial bloom in the area, and the cells proved toxic to mice, microcrustaceans and shrimp. This strain presents four types of microcystins, mainly D-Leu1 MCyst-LR. These toxins also demonstrated to accumulate in marine shellfish from the South Atlantic Sea and in freshwater fish. The toxicity of RST9501 cells was demonstrated by oxidative stress to polychaetes, sea crabs and osmoregulatory alterations in fish. The microcystins isolated from the Lagoa dos Patos lagoon are consumed by bacteria of the genus Burkholderia. Local blooms demonstrated to present toxins related to the quantity of Microcystis cells and caused contact dermatitis to the local human population.Las floraciones de la cianobacteria Microcystis son regulares y recurrentes en la laguna de los Patos y su estuario (RS). Aunque el primer registro científico fue datado en 1987, informaciones de antiguos moradores de las márgenes indican que las floraciones de cianobacterias ocurren desde el inicio del siglo pasado. Durante los meses de verano y otoño las grandes floraciones de M. aeruginosa parecen estar asociadas al flujo de crecidas del estuario, con condiciones N:P entre 10:1 a 16:1 y a temperaturas medias del agua por encima de los 20ºC. Este flujo más lento de descarga de las aguas superficiales permite diversos ciclos de crecimiento de Microcystis y el efecto de la sal marina interfiere en la composición intra y extracelular de microcistinas en las células. En el verano de 1995, una cepa RST9501 fue aislada a partir de una floración en laguna de los Patos y sus células consideradas tóxicas en bioensayos con ratones, microcrustaceos y camarones. La cepa posee cuatro variantes de microcistinas siendo la principal D-Leu1 MCyst-LR. Estas toxinas también fueron acumuladas por mariscos marinos de las playas del Atlántico Sur y por peces de agua dulce. La toxicidad de las microcistinas de esta cepa ha sido evaluada a través de test que demostraron estrés oxidativo en poliquetos y congrejos marinos a través de interferencia en la osmorregulación de peces. Las microcistinas aisladas del lago dos Patos fueron consumidas por bacterias heterotróficas del género Burkholderia. Las floraciones también producen endotoxinas (LPS) presentes en cantidades proporcionales a las células de Microcystis y han causado problemas de irritación de la piel por contacto en bañistas de la región

Floraciones de Microcystis en la Laguna de los Patos y su estuario: 20 años de estudios

Submitted by Cristina Damasceno ([email protected]) on 2012-07-06T18:12:51Z No. of bitstreams: 1 Florações de microcystis na Lagoa dos Patos e o seu estuário 20 anos de estudos.pdf: 766772 bytes, checksum: 98e586be8b87136f66098ab6a972648d (MD5)Approved for entry into archive by Bruna Vieira([email protected]) on 2012-07-06T23:03:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Florações de microcystis na Lagoa dos Patos e o seu estuário 20 anos de estudos.pdf: 766772 bytes, checksum: 98e586be8b87136f66098ab6a972648d (MD5)Made available in DSpace on 2012-07-06T23:03:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Florações de microcystis na Lagoa dos Patos e o seu estuário 20 anos de estudos.pdf: 766772 bytes, checksum: 98e586be8b87136f66098ab6a972648d (MD5) Previous issue date: 2009Florações da cianobactéria Microcystis são regulares e recorrentes na lagoa dos Patos e seu estuário (RS). Embora o primeiro registro científico seja datado de 1987, informações de antigos moradores das margens indicam que as florações de cianobactérias existem desde o inicio do século passado. Durante os meses de verão e outono as grandes florações de M. aeruginosa aparecem e estão associadas ao fluxo de enchente do estuário, a condições N:P entre 10:1 a 16:1 e a temperaturas médias da água acima de 20ºC. Este fluxo mais lento de descarga das águas de superfície permite diversos ciclos de crescimento de Microcystis e o efeito do sal marinho interfere na composição intra e extracelular de microcistinas. No verão de 1995 a cepa RST9501 foi isolada a partir de uma floração na lagoa dos Patos e suas células consideradas tóxicas em bioensaios com camundongos, microcrustáceos e camarões. A cepa possui quatro variantes de microcistinas sendo a principal a D-Leu1 MCyst-LR. Estas toxinas foram também acumuladas por mariscos marinhos das praias do Atlântico Sul e por peixes de água doce. A toxicidade das microcistinas desta cepa tem sido avaliada através de testes que demonstraram estresse oxidativo em poliquetas e caranguejos marinhos e através de interferência na osmoregulação de peixes. As microcistinas isoladas da lagoa dos Patos são consumidas por bactérias heterotróficas do gênero Burkholderia. As florações também produzem endotoxinas presentes em quantidades proporcionais às células de Microcystis e tem causado problemas de irritação de pele por contato em banhistas na região.Cyanobacterial blooms of Microcystis are frequent in the Patos Lagoon and estuary located in Rio Grande do Sul State, Brazil. Although the first scientific record of such occurrence dates to 1987, local villagers claim cyanobacterial blooms have occurred in the area since the begining of the 20th century. Great blooms of M. aeruginosa take place during the summer and fall, as a result of seasonal swells in the estuary and suitable abiotic conditions, as N:P ratios between 10:1 and 16:1 and water temperatures above 20ºC. The reduced water outflow enables the growth of Microcystis populations, and the surplus of sea salt directly affects intracellular and extracellular composition of microcystins. The strain RST9501 was isolated in the summer of 1995 from a cyanobacterial bloom in the area, and the cells proved toxic to mice, microcrustaceans and shrimp. This strain presents four types of microcystins, mainly D-Leu1 MCyst-LR. These toxins also demonstrated to accumulate in marine shellfish from the South Atlantic Sea and in freshwater fish. The toxicity of RST9501 cells was demonstrated by oxidative stress to polychaetes, sea crabs and osmoregulatory alterations in fish. The microcystins isolated from the Lagoa dos Patos lagoon are consumed by bacteria of the genus Burkholderia. Local blooms demonstrated to present toxins related to the quantity of Microcystis cells and caused contact dermatitis to the local human population.Las floraciones de la cianobacteria Microcystis son regulares y recurrentes en la laguna de los Patos y su estuario (RS). Aunque el primer registro científico fue datado en 1987, informaciones de antiguos moradores de las márgenes indican que las floraciones de cianobacterias ocurren desde el inicio del siglo pasado. Durante los meses de verano y otoño las grandes floraciones de M. aeruginosa parecen estar asociadas al flujo de crecidas del estuario, con condiciones N:P entre 10:1 a 16:1 y a temperaturas medias del agua por encima de los 20ºC. Este flujo más lento de descarga de las aguas superficiales permite diversos ciclos de crecimiento de Microcystis y el efecto de la sal marina interfiere en la composición intra y extracelular de microcistinas en las células. En el verano de 1995, una cepa RST9501 fue aislada a partir de una floración en laguna de los Patos y sus células consideradas tóxicas en bioensayos con ratones, microcrustaceos y camarones. La cepa posee cuatro variantes de microcistinas siendo la principal D-Leu1 MCyst-LR. Estas toxinas también fueron acumuladas por mariscos marinos de las playas del Atlántico Sur y por peces de agua dulce. La toxicidad de las microcistinas de esta cepa ha sido evaluada a través de test que demostraron estrés oxidativo en poliquetos y congrejos marinos a través de interferencia en la osmorregulación de peces. Las microcistinas aisladas del lago dos Patos fueron consumidas por bacterias heterotróficas del género Burkholderia. Las floraciones también producen endotoxinas (LPS) presentes en cantidades proporcionales a las células de Microcystis y han causado problemas de irritación de la piel por contacto en bañistas de la región

Efeito do sal marinho granulado no controle de cianobactérias nocivas em mananciais

Florações de cianobactérias (algas azuis) produtoras de toxinas têm ocorrido cada vez mais em corpos de água eutrofizados, principalmente nos mananciais de barragens para abastecimento público de águas. Estes eventos têm sido responsáveis por inúmeros casos de mortalidade de animais e danos à saúde humana. Estudos anteriores na Laguna dos Patos provaram que a salinidade pode ser fator preponderante ao controle do crescimento de espécies nocivas de água doce. Com o aumento da salinidade, a sobrevivência das cianobactérias passa a depender de diversas estratégias fisiológicas que consomem energia das células, e isto diminui o seu crescimento e o conteúdo de toxinas produzidas intracelularmente. Este trabalho tem por objetivo determinar o tempo mínimo para a adição do sal granulado (a uma concentração fixa) capaz de provocar a diminuição do crescimento. Estudos foram feitos através de cultivos-pilotos em laboratório com a cepa Microcystis aeruginosa RST9501. Os cultivos foram mantidos em frascos de 2 litros no meio de cultivo BGN/2, à temperatura de 25oC e radiação luminosa de 120 E m-2 s-1, em um fotoperíodo de 12h luz:12h escuro. Sal marinho granulado e esterilizado foi administrado aos cultivos em diferentes tempos, com uma única adição por cultivo, e o crescimento monitorado durante 4 semanas. O crescimento foi monitorado através do conteúdo intracelular de clorofila-a e da contagem de células ao microscópio ótico em placa de Sedgwick-Rafter. Os resultados mostraram que a adição de sal na quantidade fixa de 2 g L-1 causa tanto maior a desaceleração do crescimento e menor biomassa final produzida quanto mais cedo for adicionado nos testes. Deste modo, sugere-se a adição de um sal natural extremamente hidrossolúvel em ambientes de água doce dos mananciais, a fim de controlar o crescimento demasiado de Microcystis aeruginosa em águas eutrofizadas. Palavras-Chave: Sal granulado, controle de florações, cianobactérias, mananciais

Efeito do sal marinho granulado no controle de cianobactérias nocivas em mananciais

Florações de cianobactérias (algas azuis) produtoras de toxinas têm ocorrido cada vez mais em corpos de água eutrofizados, principalmente nos mananciais de barragens para abastecimento público de águas. Estes eventos têm sido responsáveis por inúmeros casos de mortalidade de animais e danos à saúde humana. Estudos anteriores na Laguna dos Patos provaram que a salinidade pode ser fator preponderante ao controle do crescimento de espécies nocivas de água doce. Com o aumento da salinidade, a sobrevivência das cianobactérias passa a depender de diversas estratégias fisiológicas que consomem energia das células, e isto diminui o seu crescimento e o conteúdo de toxinas produzidas intracelularmente. Este trabalho tem por objetivo determinar o tempo mínimo para a adição do sal granulado (a uma concentração fixa) capaz de provocar a diminuição do crescimento. Estudos foram feitos através de cultivos-pilotos em laboratório com a cepa Microcystis aeruginosa RST9501. Os cultivos foram mantidos em frascos de 2 litros no meio de cultivo BGN/2, à temperatura de 25oC e radiação luminosa de 120 E m-2 s-1, em um fotoperíodo de 12h luz:12h escuro. Sal marinho granulado e esterilizado foi administrado aos cultivos em diferentes tempos, com uma única adição por cultivo, e o crescimento monitorado durante 4 semanas. O crescimento foi monitorado através do conteúdo intracelular de clorofila-a e da contagem de células ao microscópio ótico em placa de Sedgwick-Rafter. Os resultados mostraram que a adição de sal na quantidade fixa de 2 g L-1 causa tanto maior a desaceleração do crescimento e menor biomassa final produzida quanto mais cedo for adicionado nos testes. Deste modo, sugere-se a adição de um sal natural extremamente hidrossolúvel em ambientes de água doce dos mananciais, a fim de controlar o crescimento demasiado de Microcystis aeruginosa em águas eutrofizadas. Palavras-Chave: Sal granulado, controle de florações, cianobactérias, mananciais

Effects of Anabaena spiroides (cyanobacteria) aqueous extracts on the Acetylcholinesterase activity of aquatic species

The effects of aqueous extracts from a cyanobacteria species, Anabaena spiroides, on fish (Odontesthes argentinensis), crab (Callinectes sapidus), and purified eel acetylcholinesterase (AChE) activity were studied. In vitro concentrations of A. spiroides aqueous extract that inhibited 50% of enzyme activity (IC50) were 23.0, 17.2, and 45.0 mg/L of lyophilized cyanobacteria for eel, fish, and crab AChE, respectively. Eel AChE inhibition follows pseudo-first-order kinetics, the same expected for organophosphorus pesticides. Inhibition of purified eel AChE using mixtures of bioxidized malathion and aqueous extract of A. spiroides showed a competitive feature (p , 0.05), suggesting that the toxin(s) could be structurally similar to an organophosphorus pesticide and that toxins present in the aqueous extract inhibit the active site of the enzyme. The inhibition recovery assays using 2-PAM (0.3 mM) showed that (1) bioxidized malathion inhibited 27.0 6 1.1% of crab and 36.5 6 0.1% of eel AChE activities; (2) with bioxidized malathion 1 2-PAM the registered inhibition was 13.2 6 2.1% and 3.7 6 0.5% in crab and eel AChE, respectively; (3) the aqueous extract from A. spiroides inhibited 17.4 6 2.2% and 59.9 6 0.5% of crab and eel AChE activity, respectively; and (4) aqueous extract 1 2-PAM inhibited 22.3 6 2.6 and 61.5 6 0.2% of crab and eel AChEs. The absence of enzyme activity recovery after 2-PAM exposure could imply that the enzyme aging process was extremely quick