Regno | Batteri |
---|---|
Regno | Eubatteri |
Divisione | Cianobatteri |
Classe | Cyanophyceae |
Ordine | Chroococcal |
Famiglia | Microcystaceae |
Microcystis è un tipo di cianobatteri di acqua dolce (precedentemente chiamati alghe blu-verdi), l' ordine dei Chroococcales .
Questo genere di cianobatteri è in grado di produrre due tipi principali di tossine ( neurotossine ed epatotossine peptidiche come la microcistina e la cianopeptolina ). La specie più conosciuta è probabilmente Microcystis aeruginosa .
Altre tossine sono prodotte da alcune specie (es. L'eptapeptide Cyanoginosine-LA) prodotte da M. aeruginosa . Alcune specie e ceppi sono molto più "tossici" di altri.
La fioritura ( fioriture ) di Microcystis sembra crescere in frequenza e intensità nell'immagine dell'andamento delle fioriture di cianobatteri. Questo fenomeno potrebbe essere spiegato da due fattori: il cambiamento climatico e l'istituzione di programmi di sorveglianza e monitoraggio sanitario in tutto il mondo. La tossina prodotta da questi batteri ( microcistina ) era negli anni 2010 - 2012 presente in quantità significative in tutti i laghi del Canada .
Questo genere batterico è oggetto di un monitoraggio speciale perché:
La parola Microcystis deriva dal greco antico: mikros ("piccolo") e cystis ("vescica")
Le cellule sono piccole (pochi micrometri di diametro; ci vogliono 50 cellule una contro l'altra per ottenere l'equivalente dello spessore di un capello), prive di vere pareti individuali e hanno vescicole piene di gas che consentono loro di risalire in superficie.
Queste cellule sono più spesso aggregate in colonie macroscopiche (cioè visibili ad occhio nudo). Se l'acqua non è agitata, queste colonie prima formano ammassi sferici poi perderanno la loro coerenza per perforarsi, assumere forme più irregolari e disintegrarsi nel tempo, che è un modo di produrre propaguli. Nuove colonie che possono essere spazzate via dalla corrente, dal vento o essere trasportato da uccelli acquatici (o acqua di zavorra da chiatte , ecc.).
La coerenza di queste colonie è resa possibile da una spessa mucillagine secreta collettivamente dalla colonia di cianobatteri man mano che cresce. Questa mucillagine è costituita da un complesso di polisaccaridi ( xilosio , mannosio , glucosio , fucosio , galattosio , ramnosio tra gli altri).
I protoplasti osservati al microscopio hanno un colore blu-verde chiaro, ma appaiono agli osservatori da marrone verdastro a scuro per un effetto ottico causato dal loro accumulo e anche per le vescicole riempite di gas; è uno dei criteri di determinazione.
Le specie del genere Microcystis sono responsabili di fioriture significative in tutto il mondo. Questi ultimi si manifestano rapidamente grazie ad una rapidissima crescita delle colonie e grazie ad una galleggiabilità consentita dalle loro vescicole piene di gas.
La loro capacità di utilizzare sia minerali e nutrienti organici, in particolare, in acque eutrofiche a distrofici (a seconda di ciò che è disponibile nel loro ambiente) sembra essere una chiave per la loro posizione dominante in un numero crescente di naturali ambienti o artificiali (laghi artificiali, bacini urbani, eccetera.). Un'altra chiave è la loro capacità di regolare la loro galleggiabilità ; permette loro di posizionarsi in modo ottimale nella zona fotica e stabile della colonna d'acqua dove trarranno il massimo vantaggio sia dalla luce che dai nutrienti . Colonizzando la superficie dell'acqua, queste fioriture competono (per i nutrienti e soprattutto per la luce e l'ossigeno di notte) con molte altre specie (planctoniche ma anche vegetali). Questi batteri sono molto resistenti ai raggi UV solari e impediscono loro di penetrare nel corpo idrico, a vantaggio di altre epidemie microbiche (i raggi UV solari hanno proprietà disinfettanti).
Microcystis è in grado di sfruttare l' anidride carbonica dell'acqua e dell'aria, ma anche di sfruttare il fosforo ( fosfati ) e l'azoto ( nitrati ) disciolti nell'acqua. Si sospetta che grandi colonie e fioriture di Microcystis siano in grado di influenzare fortemente i livelli di azoto e fosforo disponibili e di modificare il rapporto C / N o N / P.
È noto da diversi decenni che i fertilizzanti possono innescare o promuovere o esacerbare fioriture di cianobatteri tossici (in acqua dolce e in mare e in tutto il mondo), ma un recente studio multi-agenzia pubblicato sulla rivista Ecosphere mostra che in tempi relativamente chiusi corpi idrici ( laghi , tipicamente) questi cianobatteri una volta massicciamente presenti possono poi modificare essi stessi il ciclo biogeochimico naturale e in un certo senso "auto-mantenere" le condizioni favorendoli, sfruttando le riserve di azoto a loro vantaggio e fosforo inaccessibile ad altre forme di plancton e ad altri molte altre specie, grazie a circuiti di feedback positivi che amplificano gli effetti degli inquinanti e quelli del cambiamento climatico, rendendo le condizioni sottomarine sempre più favorevoli alle epidemie planctoniche. In particolare, i cianobatteri sono spesso in grado di fissare l'azoto gassoso (come alcuni batteri terrestri simbionti delle piante). Alcune specie sono in grado di (ri) mobilitare il fosforo che fino ad allora era stato considerato intrappolato nei sedimenti e nelle acque fredde al fondo della colonna d'acqua. Dopo la morte di batteri o altri organismi che uccidono con le loro tossine o privandoli di luce o sostanze nutritive, una grande quantità di azoto e fosforo viene nuovamente rilasciata nell'acqua, il che consente un nuovo fitoplancton e una crescita microbica e così via. Inoltre, le cozze zebra sembrano migliorare ulteriormente questi processi (vedi sotto).
Presso l' Università di Sherbrooke (Canada), sono state studiate in laboratorio le reazioni ecofisiologiche di Microcystis aeruginosa all'illuminazione notturna artificiale (in un turbidostato, in assenza e in presenza di illuminazione notturna, con intensità luminose equivalenti a quella che si può vedere in città sul bordo di un lago o di un ruscello). Risultati: alcune funzioni fisiologiche sono influenzate dall'inquinamento luminoso (es: resa quantica della fotosintesi, quantità di clorofilla a e proteine fotosintetiche per cellula); mentre altri no (come la produzione di alcune proteine fotosintetiche, l'efficienza fotosintetica e la biosintesi della microcistina intracellulare.
Dagli anni '80 come l'avanzata geografica della cozza zebra (una specie di cozza d'acqua dolce molto invasiva in Europa e negli Stati Uniti), gli scienziati hanno notato nei corpi idrici una coincidenza inquietante tra l'arrivo di questa muffa e una sempre più importante e frequenti focolai di Microcystis .
È stato recentemente dimostrato che questa cozza, a differenza delle grandi cozze d'acqua dolce, supporta molto bene le tossine rilasciate nell'ambiente da Micocystis . Secondo Vanderploeg & al (2001), la sua capacità di filtrare selettivamente l'acqua favorisce la fioritura di Microcystis.
Il genoma di un cianobatterio ( Microcystis aeruginosa ) appartenente a questo genere e utilizzato come organismo modello è oggetto di vari studi, in particolare per meglio comprendere la capacità di questo organismo di sfruttare azoto e fosforo in soluzione in acqua. E le condizioni che indurlo a produrre tossine. Il genoma di questo organismo è stato sequenziato e pubblicato per la prima volta nel 2007 .
Stiamo anche esaminando la genetica per comprendere meglio le relazioni tra le specie che producono tossine e quelle che non lo fanno all'interno di Microcystis .
Lo studio dei genomi si propone anche di identificare primer utili per test di rilevamento di cianobatteri "a rischio" (cioè capaci di secernere tossine), in particolare in bacini di acqua potabile e zone di balneazione.
Secondo i dati accumulati a partire dagli anni '80 , il trattamento alghicida è inutile o controproducente (le alghe morte rilasceranno sostanze nutritive che consentiranno un nuovo focolaio, forse ancora più importante, e morendo le cianoficeae si liberano massicciamente nell'acqua (e in quantità minori nell'aria) di cianotossine).
Limitare sia l'inquinamento da azoto che l'eccesso di fosforo nei corpi idrici sembra essere il primo passo necessario per controllare queste specie.
Gli impianti di trattamento delle acque reflue in molti paesi hanno notevolmente ridotto gli input di fosforo, ma l' inquinamento da automobili , industrie , città e riscaldatori domestici, marina mercantile e chiatte , combinandosi con l' inquinamento da ozono (ossidazione di NOx da ozono) produce nitrati molto solubili sotto la pioggia e acque superficiali. Questi nitrati si aggiungono a quelli applicati al suolo o irrorati come fertilizzante azotato agricolo, parte del quale finisce anche nei corpi idrici superficiali.
Quando questi batteri mancano di azoto, è stato dimostrato che disattivano quelli nei loro geni che codificano per la produzione di tossine e il contenuto di tossine delle cellule diminuisce.
Per quanto riguarda la produzione di cianotossine, la disponibilità di nitrati e fosfati non sembra essere un fattore determinante secondo Utkilen & Gjølme (1995), mentre la disponibilità di ferro sembra necessaria per la produzione di tossine da parte di M. aeruginosa.
Sappiamo dalla metà del XX ° secolo, che le piante acquatiche sommerse ( macrofite ) dovrebbe proteggere il biofilm batterico e le alghe. Lo fanno per semplice competizione per alcuni nutrienti in soluzione, ma a volte anche rilasciando sostanze inibitrici. Almeno una pianta acquatica ( Myriophyllum spicatum ) rilascia nell'acqua quattro composti polifenolici allelopatici (che inibiscono lo sviluppo di Microcystis aeruginosa ). Le due più efficaci in laboratorio sono l' acido gallico e l' acido pirogallico , ma queste quattro molecole sembrano agire sinergicamente in modo ancora più efficiente.
Nell'ambiente naturale fiorisce la Microcystis sp. sono costituiti da cellule raccolte insieme come colonie. Queste colonie presentano una significativa diversità di forme e struttura. È così che sono stati fatti i primi tentativi di identificazione delle specie a partire da criteri morfologici basati sull'osservazione con un microscopio ottico e poi elettronico. È importante notare che quando un ceppo di Microcystis viene mantenuto in coltura, può perdere la sua organizzazione coloniale e apparire sotto forma di una cellula isolata che non ne consente più l'identificazione. Inoltre, l'identificazione delle diverse specie di Microcystis su criteri morfologici è ora messa in discussione dai dati genetici. Ecco perché l'identificazione e la tassonomia del genere Microcystis e delle specie che lo compongono è in continua evoluzione. Tra le specie fino ad oggi descritte ed elencate nella letteratura scientifica ci sono: