Bioindicadores

y biosensorespara

monitorizar

la calidad

de las

agua

fluviales

Pilar Mateo Ortega

Departamento de Biología. Facultad de Ciencias.Universidad Autónoma de Madrid

Programa MICROAMBIENTE

Contaminación aguas fluviales

Deterioro de ecosistemas

Creciente importancia calidad ecológica del agua

DMA: incorpora parámetros biológicos

Utilización de organismos

para detectar procesos de

contaminación

Uso de CIANOBACTERIAS como bioindicadores y

biosensores de la calidad del agua

Estudios de seguimiento:

BIOMONITORIZACIÓN

•CIANOBACTERIAS

•

Las Cianobacterias se encuentran en todo tipo de ambientes: sistemas acuáticos, terrestres, incluso extremos (desiertos, fuentes termales,etc..)

•

Las

Cianobacterias son un tipo de bacterias que presentan características metabólicas semejantes a plantas y a algas cianofíceas o algas verde-

azuladas.

•

Son organismos que muestran gran diversidad morfológica

(unicelulares o

formando filamentos, presentando muchas veces crecimientos macroscópicos (colonias)

¿Porqué las Cianobacterias?Son abundantes ennuestros ríos

Presentan características morfológicas indicadoras

Fáciles de recoger

Dominantes en determinados ríos

Productores primariosen la base de las cadenas tróficas

MÉTODOS BIOLÓGICOS

MÉTODOS FÍSICO-QUÍMICOS

Precisos, cuantifican los contaminantes del agua

Límite de detección

Efectos sinérgicoso antagónicos Biodisponibilidad

Contaminantes clave

Alto coste

Efecto acumulativo

Biomagnificación

Integradores

Detección contaminaciónintermitente

Cianobacterias como bioindicadores Metodologia

Recogida de dos tipos de muestras

aguapiedras

Medida in situ de parámetros físico-químicos

Raspado del biofilm

Análisis Biológico

fluorescencia

Cultivos

de laboratorio

Muestras

de campo fijadas

Calidad de las aguas en los ríos estudiados

Río Guadalix

Arroyo Tejada

Río Guadarrama

RíoAlberche

Río Jarama

MADRID

Efecto de la contaminación sobre la diversidad de cianobacterias

Río Alberche

Cianobacterias BioindicadorasCianobacterias Bioindicadoras

••Especies caracterEspecies caracteríísticassticasde aguas limpiasde aguas limpias: : e.g. e.g. RivulariaRivularia biasolettianabiasolettiana, , CalothrixCalothrix elenkinii,elenkinii,TolypothrixTolypothrix penicillatapenicillata, , NostocNostoc verrucosumverrucosum, , ChamaesiphonChamaesiphon polonicuspolonicus

••Especies TolerantesEspecies Tolerantese.g. e.g. AphanocapsaAphanocapsa muscicolamuscicola LeptolyngbyaLeptolyngbya gracillimagracillima,,LeptolyngbyaLeptolyngbya nostocorumnostocorum

*Especies *Especies caracteristicascaracteristicas de aguas contaminadasde aguas contaminadase.g. e.g. OscillatoriaOscillatoria limosa, limosa, PhormidiumPhormidium autumnaleautumnale, , SynechococcusSynechococcus elongatuselongatus

A.muscicola

P. autumnale

R. biasolettiana

T.penicillata

Estudio de la diversidad de las comunidades de cianobacterias mediante

técnicas moleculares

Los diferentes genes de 16S rDNA

presentes en una comunidad se separarán mediante TGGE, con lo que obtendremos un patrón o perfil de bandas característico de la comunidad que constituirá

su “huella genética”.

Raspado del biofilm ADN de la comunidad

Mezcla de genes 16s rRNA

Patrón de bandas de la comunidad

Extracción de ADN

Separación por TGGE

Imágenes originales

Río Guadarrama

Análisis digital-ordenador

Punto 1= punto de cabeceraPuntos 2-3= puntos contaminados

¿QUÉ

ES UN BIOSENSOR?

BIOSENSORES LUMINISCENTES

*Se basan en el empleo de microorganismos que muestranluminiscencia de forma natural (genes lux lux luciferasa)

Inhibición actividad celular Disminución luminiscencia

Tóxico/contaminante

(ej. Microtox®

)

BIOSENSORES DE CONTAMINANTES TIPO “LIGHTS OFF”

Bacteria Pseudomonas fluorescens modificada

geneticamente

para

queexprese

el operón

lux

de forma constitutiva

(cepa

autoluminiscente).

Inhibición

de la autoluminiscencia

de las

bacterias

en respuestaa concentraciones

crecientes

de una

toxina.

Biosensores autoluminiscentes

basados en cianobacterias

Anabaena autoluminiscenteautoluminiscente (( integración operón luxlux completo (luxCDABE)

( Microtox®

bacteria marina)

Organismo modelo: Cianobacteria de agua dulce Anabaena sp. PCC7120

Bioreporter EC50 (mg/l)

Cu Zn Cd

Anabaena sp. CPB4337 (luxCDABE)1 0.03 0.10 0.16

Synechocystis sp. PCC6803 (luc)a2 0.24 0.88 -

E. coli HB101 (luxCDABE)a2 1.40 0.15 -

Pseudomonas fluorescens 8866 (luxCDABE)b2 0.30 0.10 -

Pseudomonas putida F1(luxCDABE)b2 0.17 0.04 -

Pseudomonas fluorescens 10586s pUCD607c2 (luxCDABE)c1 0.09 0.09 0.17

Pseudomonas fluorescens 10586s FAC510c2 2dddddd(luxABE)c1 0.76 0.89 0.98

Rhizobium trifolii TA1 Tn5luxABc1 0.78 0.48 2.14

Photobacterium phosphoreum 844c2 2.34 3.45 -

Microtox®c2 1.89 2.35 9.78

Microtox®d3 8.00 2.50 -

Rhizobium trifolii F6 pUCD607 (luxCDABE)e2 0.42 0.94 0.06

ToxScreen®f4 0.02 0.60 0.06

Janthinobacterium lividum YH9-RC (luxAB)g1 10.50 1.30 1.10

Más sensible que Microtox®

y otros

biosensores basados en bacterias heterotróficas

Respuesta frente a metales pesados

Anabaena

inmovilizada en agar

Perspectivas futurasDesarrollo y utilización de técnicas moleculares

(huella genética), taxonómicas y fisiológicas para el estudio de la biodiversidad de cianobacterias y de su papel como bioindicadoras de la calidad de las aguas fluviales

Desarrollo y utilización de cianobacterias como biosensores autoluminiscentes

para

monitorizar contaminantes biodisponibles

en ríos.