ciano bacterias

CIANOBACTERIAS

Las cianobacterias, tambin denominadas cianofceas o algas verde-azuladas, se numeran entre los seres ms antiguos conocidos. Son organismos antiguos que se caracterizan por conjugar el proceso de la fotosntesis oxignica con una estructura celular tpicamente bacteriana. Son los seres unicelulares, responsables del cambio ms drstico que ha sufrido la evolucin de la vida en la tierra, presentan una versatilidad metablica de sumo inters en agricultura y medio ambiente.

En depsitos calcreos del oeste del continente australiano se hallan fsiles de ms de 3000 millones de aos de antigedad. Algunos especies de estas primitivas algas microscpicas dominaron el Precmbrico, llamado por ello mismo la era de las algas verde-azuladas.

Al ser responsables de la primera acumulacin de oxgeno en la atmsfera, las cianobacterias han tenido una enorme relevancia en la evolucin de nuestro planeta y de la vida en l. En la actualidad presentan una amplia distribucin ecolgica, encontrndose en ambientes muy variados, tanto terrestres como martimos, e incluso en los ms extremos, siendo la fotoautotrofa, fijando CO2 a travs del ciclo de Calvin, su principal forma de vida, y contribuyendo de manera importante a la productividad primaria global de la Tierra.

Muchas cianobacterias juegan un papel importante en el desarrollo de cultivos como el arroz Anabaena azollae, en simbiosis con helechos, proporciona hasta 50 kg de nitrgeno/ha siendo la utilizacin de este sistema fijador general en muchas regiones del sudeste asitico.

Estructura

Son procariotas, de morfologa variable. Unicelulares o filamentosas, forman colonias o se presentan en cenobios. Su tamao puede oscilar entre los 0.5 m hasta los 60 m. Poseen clorofila a y pigmentos tipo ficobilinas. Informacin mas completa de la organizacin celular de estos microorganismos se puede obtener de textos especializados de Ficologa o Botnica de No Vasculares.

Pared celular. Tiene una composicin a base de peptidoglicano (murena), tambin protenas y Lipopolisacridos, se asemeja mucho a la estructura de la pared de las gramnegativas. Presentan varias subcapas como lcula, vagina de estructura pectocelulsica y puede estar presenta una vaina mucilaginosa. Con plasmodesmos, numerosos poros.

Membrana citoplasmtica. Presenta la estructura del mosaico, con bicapa lipdica. Con invaginaciones o mesosomas donde se inserta el ADN

Citoplasma. De aspecto granular y consistencia coloidal. No tienen orgnulos, ni sistema vacuolar membranoso. Se encuentran en el pigmentos fotosintticos como corofila a y c (cloroficina), carotenoides como carotenos (caroteno) y

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PRINCIPIOS BSICOS DE MICROBIOLOGIA Mcblgo.Dr.Sc. Btcnlgo. CSAR SAMUEL LPEZ LPEZ

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xantfilos (myxoxantina), ficobilinas como ficocianina,ficoeritrina, ficocianobilina. Asimismo presentan granulaciones e inclusiones en el citoplasma. Los grnulos pueden ser de glucgeno, de cianoficina que es una reserva de nitrgeno, y grnulos de polifosfatos o volutina. Como inclusiones pueden presentar vesculas gasferas o vacuolas de gas denominados aerosomas, que les facilitan la flotacin. Tambin carboxisomas que llevan enzimas implicadas en la fijacin de CO2, y los ficobilisomas. Dentro del citoplasma se ubican, los ribosomas de 70S que permiten la sntesis de protenas.

Material nuclear, constitudo por ADN en un solo cromosoma, no presentan membrana limitante.

Su movimiento es por deslizamiento, como en Oscillatoria, Spirulina y Rivularia.

Reproduccin

Se reproducen asexualmente por biparticin. Pueden multiplicarse por fragmentacin de sus filamentos tipos tricomas que no poseen vaina, los fragmentos liberados son los hormogonios a partir de los cules se puede regenerar un individuo completo. Las clulas especializadas en este tipo de multiplicacin pueen ser de tres tipos: disjuntores, necridios y heterocistes. Pueden producir esporas que son mas estados de resistencia formadas dado condiciones adversas del medio, que al germinar producen nuevas clulas. Hay varios tipos de esporas, or ejemplo los acinetos, hormosporas o normocistes, endosporas, etc. Algunas especies pueden presentar una reproduccin tipo parasexual en la cual hay no hay fusin de material nuclear.

Fisiologa

La mayora son auttrofas, algunas especies son hetertrofas o saprofticas. Existen especies parsitas presentes en el tubo digestivo de herbvoros y en anuros. Algunas heterotrofas poseen clorofila y viven en simbiosis con algas, hongos para formar lquenes, brifitos, etc.

Pese a su naturaleza elemental, estn capacitadas para realizar fotosntesis oxignica, anloga a la que acometen las plantas superiores. Por el proceso de fotosntesis se convierte la energa lumnica en qumica, liberndose oxigeno procedente de la ruptura de molculas de agua. Esta singular actividad para fotolisar el agua result decisiva en la evolucin de la vida en la tierra, pues la acumulacin de oxigeno desprendido posibilit la aparicin de una atmsfera aerbica semejante a la actual. Adems, tales procariotas fueron precursoras de los cloroplastos de plantas superiores y algas eucariotas, orgnulos con los que guardan un estrecho parecido. Al carecer de orgnulos celulares las cianobacterias sitan el transporte de electrones fotosinttico en los tilacoides. Estas estructuras, anlogas a las de cloroplastos son invaginaciones de la membrana citoplasmtica en donde se asientan los fotosistemas, una suerte de bastidores muy complejos formados por protenas, pigmentos fotosintticos y otros compuestos. Los fotosistemas, de los que se distinguen el I y el II, transportan los electrones procedentes de la oxidacin del agua.

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Es tambin relevante el hecho de que muchas cianobacterias sean capaces de fijar el nitrgeno atmosfrico, siendo, a su vez, capaces de hacerlo en condiciones de aerobiosis (de hecho, ciertas cianobacterias representan los mayores fijadores en amplias zonas ocenicas contribuyendo de forma importante a la cantidad total de nitrgeno fijado en vida libre).

La existencia conjunta de la fotosntesis y de la fijacin de nitrgeno ha requerido el diseo de estrategias que hagan posible el funcionamiento de ambos procesos antagnicos desde el punto de vista de sus requerimientos ambientales. Entre tales estrategias la separacin en el tiempo o en el espacio de ambas funciones permite el desarrollo normal de la clula en condiciones de bajos niveles de nitrgeno combinado. En este sentido, merece particular mencin la capacidad de algunas estirpes filamentosas de desarrollar unas clulas enormemente especializadas en la fijacin del nitrgeno, heterocistos, en ambientes aerbicos. Estas clulas se diferencian a partir de determinadas vegetativas, situadas a espacios semirregulares a lo largo del filamento, mediante un proceso que provoca drsticos cambios, tanto estructurales como funcionales, encaminados a aumentar la eficacia del proceso de fijacin y a la proteccin de ste frente al oxgeno (tanto ambiental como el producido mediante la fotosntesis oxignica).

Las bases moleculares del proceso de diferenciacin de los heterocistos y el establecimiento del patrn de distribucin de los mismos en el filamento cianobacteriano constituyen uno de los campos ms activos en el estudio actual de las cianobacterias y, asimismo, representa un modelo simple de establecimiento de patrones espaciales de diferenciacin cuyo estudio puede abordarse con la gran variedad de herramientas desarrolladas para el anlisis gentico-molecular de las cianobacterias, que incluyen la construccin de estirpes y la disponiblidad de la secuencia completa de los genomas de varias de ellas.

Fig.1. Izq. Clulas de Phormidium laminosum crecen formando largos filamentos constituidos por clulas de alrededor de 1 um de diamentro y 2-3 um de longitud. Puede observarse que estas celulas presentan una morfologia uniforme, tanto en longitud como en diametro. Der. Por el contrario los filamentos de Anabaena variabilis, cianobacteria filamentosa fijadora de N2 atmosfrico, estn constuidos por dos tipos de celulas unas mas abundantes que y pequeas (vegetativas) y otras de mayor tamao (heterocistos) que aparecen mas refringentes y en las que reside el sistema enzimatico de la nitrogenasa.

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Las cianobacterias captan la energa lumnica a travs de ficobilisomas complejos proteicos exclusivos de estos procariotas y algas rojas, que se disponen ordenados sobre la membrana tilacoidal. En los ficobilisomas abunda la ficocianina, protena azulada que, junto con la clorofila a, verdosa, dan a las cianobacterias su coloracin verde-azulada caracterstica

Algunas asimilan nitrgeno atmosfrico (N2). Son las que disponen de nitrogenasa, sistema enzimtico que cataliza la reduccin de N2 a iones amonio (NH4+). Este sistema es muy sensible al 02; para evitar la reaccin del nitrgeno con el oxgeno, el sistema se encuentra confinado en el interior de clulas dotadas de gruesas paredes o heterocistos.

Ecologia

Tienen una distribucin muy extensa por su gran adaptabilidad. La cianobacterias acostumbran a vivir sin demasiadas exigencias nutricionales. Solo algunas especies marinas requieren algn factor de crecimiento. Con luz pueden medrar en medios minerales, cuyas sales nitrogenadas inorgnicas y bicarbonato aprovechan para abastecerse de nitrgeno y carbono. Tambin el CO2 atmosfrico constituye una excelente fuente de carbono. Merced a tan espartanos requerimientos y a su enorme capacidad de adaptacin a condiciones ambientales cambiantes a lo largo de la evolucin, las cianobacterias han colonizado casi todos los rincones del planeta.

Ciertas especies presentan una amplia tolerancia a alternancias de sequedad y humedad, como por ejemplo Nostoc. La mayora son tolerantes a condiciones extremas del medio. Pueden asociarse a bacterias sulfurosas y en ciertos fondos llegar a formar los denominados sapropeles. Bajo ciertas condiciones, aguas eutrficas, algunas especies planctnicas pueden llegar a desarrollar las llamadas floraciones. En las flores de agua se producen sustancias antibiticas o alelopticas, que detienen o ralentizan el desarrollo de los dems seres planctnicos. Pueden estar desarrollndose sobre sustratos fijos como rocas alas cules las van desintegrando.

Cultivo

En el laboratorio, se cultivan sin mayor dificultad en medios lquidos o agar solidificado con luz artificial o natural. Se ha creado una industria agraria en torno a estas microalgas, sobre todo en pases que gozan de abundante luz solar y climatologa adecuada. De entre las explotaciones a gran escala destacan por su abundancia y productividad las de Spirulina (ahora denominada Arthrospira) en zonas desrticas de California e Israel, as como en Tailandia, Japn, Taiwan, Mxico, la India, Vietnam y China.

Por fuente de carbono emplean C02 atmosfrico o bicarbonato; extraen el nitrgeno necesario a partir de amonio, nitrato o nitrito. En ausencia de otra fuente nitrogenada, las que poseen nitrogenasa pueden fijar N2 atmosfrico.

Muestran una singular propiedad de formar agregados celulares espontneamente que floculan o de autoadherirse a soportes. En esta propiedad

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singular se ha fundado el desarrollo de las tcnicas de inmovilizacin celular por adsorcin.

Antao, las cianobacterias se cultivaban en estanques abiertos a la intemperie o en el interior de invernaderos. Hoy se emplean fotobiorreactores construidos con tubos de plstico transparente o translcido, de 2 a 5 centmetros de dimetro, que se disponen en paralelo o helicoidalmente.

Los fotobiorreactores tubulares permiten un mejor control de las condiciones del cultivo al evitarse prdidas de agua por evaporacin y estar a salvo de contaminacin por otras especies. En contrapartida, son ms caros que los sistemas abiertos, pueden llegar a obstruirse y, ocasionalmente, deben irrigarse con agua par mantener la temperatura.

Cada vez es ms habitual suministrar a los cultivos industriales, par su nutricin, el C02 y efluentes de la digestin anaerobia de residuos ve getales o excretas animales. Se aprovechan efluentes cuyo vertido origina siempre problemas de agresin contra el entorno.

Aplicaciones alimenticias

Segn parece, la biomasa de cianobacterias no productoras de toxinas constituye una excelente fuente de alimento o, an mejor, un aditivo complementario en la

Fig.2. Phormidium bohneri (arriba a la izquierda), muestran una fuerte tendencia a autoadherirse y los filamentos forman entre s flculos de 2-3 mm de dimetro (abajo a la izquierda). Otras filamentosas, como Phormidium laminosum (arriba a la derecha), crecen en suspensiones homogneas en medios agitados. Al cesar la agitacin, los filamentos tambin tienden a adherirse a las paredes del recipiente y formar agregados de diverso tamao.

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dieta de animales y humanos. Desde tiempos remotos, pueblos que vivan en las cercanas de lagos cuyas aguas eran ricas en carbonato y bicarbonato sdico se alimentaban de biomasa cianobacteriana de Spirulinaplatensis y Spirulina maxima secada al sol. Tal parece entre los aztecas del lago Texcoco en Mxico y algunas poblaciones norteafricanas del lago Chad. Ambas especies de Spirulina proliferaban sin competencia en aguas alcalinas. Si bien las ms empleadas para el consumo animal son especies de Spirulina, se consumen tambin especies de Nostoc en el Per y zonas de Asia Oriental y de MiCroCystis en Pakistn y la India.

El anlisis bioqumico de clulas secas de Spirulina revela que un 65 % del peso est constituido por protenas, mayoritariamente ficobilinoprotenas, que contienen buenos niveles de todos los aminocidos esenciales, salvo cisteina y metionina. Por su composicin, estas protenas resultan aptas para el consumo animal en general y el humano en particular; se venden en forma de cpsulas y comprimidos de algas. El mercado ofrece productos en cuya composicin entra biomasa cianobacteriana, como alimentos diseados para gestantes y ancianos, pan bajo en caloras, barritas de aperitivo, pates vegetales, golosinas, bebidas, etc.

Se emplea tambin biomasa cianobacteriana para la alimentacin de peces, crustceos, aves de corral, ganadera y animales de compaa. Parte del xito que acompaa a este aditivo reside en la visible mejora de coloracin que promueve en los animales y en sus productos (pigmentacin de carne y huevos de ave, por ejemplo), sin olvidar su efecto en la mejora de salud y fertilidad de los animales que lo consumen.

Las cianobacterias contienen colorantes naturales en abundancia, causantes del brillo de los animales que se nutren de ellas; poseen clorofila a (verde), ficocianina y aloficocianina (azules) y carotenoides caroteno, amarillo-rojizo, y xantofilas, amarillas). Adems, algunas especies presentan cantidades menores de ficoeritrina (rosa) o ficoeritrocianina (violeta). Las ficocianinas se emplean para teir helados, dulces, chicles, refrescos y productos lcteos. En biomedicina, sirven como sondas fluorescentes en sustitucin de los marcadores radiactivos. Por su parte, la industria agroalimentaria explota la facilidad con que Nostoc Anabaena y Chroococcus secretan polisacridos al medio para acondicionamiento de tierras de labor.

Algunas cianobacterias constituyen una fuente excelente de aminocidos (aspartato, arginina y glutamato), vitaminas, enzimas de restriccin, antibiticos lactmicos, polihidroxialcanoatos y cidos grasos poliinsaturados (linolnico), entre una extensa lista de compuestos de inters econmico.

Importancia

Segn lo anotado en prrafos anteriores podemos mencionar que algunas cianobacterias se pueden utilizar en la alimentacin humana, de peces y de ganado, como complemento nutricional, como el Nostoc.

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Otros especies mantienen la fertilidad del suelo por su capacidad de fijar el nitrgeno atmosfrico. Son empleadas asimismo para recuperar tierras esquilmadas por el sobre cultivo o por exceso de irrigacin.

Son responsables de la produccin de olores y sabores terrosas en las aguas frescas, y si esta agua se utilizan como fuentes para el agua potable pueden originar problemas considerables. En las plantas potabilizadoras la colmatacin de los filtros debido a densidades de 5 a 6 mil clulas por mL son suficientes para disminuir crticamente la capacidad de filtracin del agua. Es importante destacar que las aguas muy eutroficadas (contaminadas) incrementan la formacin de trihalometanos (THM) durante la cloracin.

Tienen la capacidad de producir sustancias altamente txicas como neurotoxinas, hepatotoxinas y toxinas epidrmicas, algunas de las cules son hasta 100 veces mas poderosas que el cianuro de sodio.

Asimismo muchas especie, como Oscllatoria, son agentes importantes en la formacin de la tierra vegetal, sobre todo en las zonas desrticas.

Aplicacin Biotecnolgica

Produccin de Biomasa

La aplicacin biotecnolgica de clulas inmovilizadas presenta numerosas ventajas sobre la que emplea clulas en estado libre. As, una mayor facilidad para retener la biomasa en el reactor y posibilidad de reutilizarla en el proceso. Las clulas inmovilizadas resisten entornos ms agresivos, desde el punto de vista qumico y fsico.

La inmovilizacin provoca cambios significativos en la morfologa y metabolismo celular. Por ejemplo, la adsorcin sobre esponjas de poliuretano de la cianobacteria heterocistada Anabaena azollae origina que en sus filamentos aparezcan heterocistos con mayor frecuencia, lo que a su vez conleva que dispongan de ms nitrogenasa y, en consecuencia, mayor capacidad para fijar N2. Pero la eficacia del proceso fotosinttico es muy baja. En la mayora de las plantas cultivadas raramente supera el 1 % al cabo del ao. Ahora bien, ese bajo rendimiento puede aumentarse con mtodos de mejora gentica de las cianobactrias y si slo se cultivan las que presentan mayor productividad.

Con ese fin se han diseado sistemas biomimticos, que remedan el funcionamiento de los procesos naturales. Los sistemas captan y convierten la energa luminica, sin que aparezcan efectos secundarios contraproducentes. Se emplean cloroplastos enteros o sus membranas foto-sintticas, junto con transportadores de electrones naturales o artificiales y catalizadores adecuados (enzimas o sus anlogos sintticos).

Pero los sistemas biomimticos son inestables cuando se les somete a iluminacin continua, debido a la foto-oxidacin irreversible de algunos de sus

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componentes y a la fotoinhibicin del fotosistema II. La estabilidad aumenta con la sustitucin de membranas fotosintticas por cianobacterias intactas.

El cultivo industrial de cianobacterias se realiza en fotobiorreactores tubulares o en estanques abiertos. Los tubulares presentan ventajas frente a los abiertos, aunque resultan mucho ms caros.

Fotoproduccin de Combustibles ( H2 )

En el laboratorio de David 0. Hall, del Kirlg's College de la Universidad de Londres, se ha logrado fotoproducir combustibles (H2) y diversos compuestos qumicos reducidos (NADPH2) por cianobacterias heterocistadas (Anabaena azoae y Mastigocladus laminosus), adsorbidas sobre esponjas de poliuretano y POlivinilo, o atrapadas en alginato clcico. Las cianobacterias se sirven del agua como fuente de electrones para la produccin de H2.

La fotoproduccin de H2 por cianobacterias fijadoras de N2 atmsferico se debe tambin a la actividad de la nitrogenasa, enzima que, adems de reducir N2 a NH4+, presenta actividad hidrogenasa. Con la nitrogenasa colabora otra hidrogenasa citoplsmica que cataliza una reaccin reversible, que tambin libera H2. Una parte significativa de este gas se oxida por la actividad irreversible de otra hidrogenasa unida a membrana. El empleo de mutantes que carecen de esta ltima enzima mejora la eficacia en la fotoproduccin de H2. Tambin, la adsorcin de Ana-baena azolae a esponjas duplica su capacidad fotoproductora de H2.

Fig.3.Izq.Cultivo de Spiruina platensis en un fotobiorreactor tubular en espiral (Biocoil) de 25 litros de capacidad. (Fotografa cedida por D. O. Hall, King's College, Universidad de Londres. Centro. Cultivo de Spirulina patensis en un fotobiorreactor tubular de 1000 litros situado a la intemperie en la Universidad Ben Gurion en Sede Boker, Israel. (Fotografa cedida por A. Vonshak, de la misma institucin.) Der. Cultivo en estanques abiertos a la intemperie en el Instituto de Microbiologa de Trebon, Repblica Checa. (Fotografa cedida por K. K. Rao, King's College, Universidad de Londres.)

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Los primeros sistemas biomimticos con cianobacterias que se desarrollaron para fotoproducir NH4+ a partir de nitrato o N2 requeran un inhibidor de la glutaminasintetasa (GS), la lmetionina-D,L-sulfoximina (MSX). De lo contrario, la actividad de esta enzima, junto con la de la glutamato sintasa incorporan el NH4+ en esqueletos hidro-carbonados. Con esta estrategia se consigue que la clula excrete al exterior, convertido en NH4+, hasta el 40% del N2 que fija.

Se busca ahora la obtencin de mutantes de cianobacterias fijadoras de N2 que carezcan de glutamina sintetasa y excreten NH4+ sin necesidad de recurrir a inhibidores. Una vez ms, la adsorcin de Mastigocladus laminosus y Anabaena azollae por esponjas de polivinilo incrementa de 10 a 40 veces sus capacidades para fotoproducir NH4+. Este aumento se debe a los cambios que en la permeabilidad de la membrana plasmtica induce la propia inmovilizacin, al interaccionar la esponja con la superficie celular.

Biofertilizantes

Una de las aplicaciones ms prometedoras que las cianobacterias fijadoras de N2 presentan en agricultura es su empleo como biofertilizantes. Nada inslito, por otro lado. Desde hace siglos los arrozales asiticos han mantenido su productividad sin emplear fertilizantes gracias a la presencia de cianobacterias heterocistadas que medran espontneas en las aguas pantanosas. Tambin es prctica arraigada en la India, China y Filipinas el cultivo de cianobacterias en estanques, que se vierten luego a los arrozales para aumentarles su fertilidad.

Se sabe, asimismo, que la presencia del helecho acutico Azolla fomenta el rendimiento de los arrozales. Anabaena azollae es una cianobacteria que vive simbiticamente en el helecho, al que aporta el amonio fijado a partir de N2 atmosfrico. (La simbiosis constituye una forma de interaccin entre especies distintas que reporta beneficios a ambas.) Cuando se aslan del helecho y posteriormente se adsorben en esponjas de poliuretano, las cianobacterias excretan sin cesar amonio al medio y fertilizan las plntulas de arroz.

Biosorbentes

Muchos iones metlicos son componentes esenciales de sistemas biolgicos. Pero eso no impide su toxicidad potencial. Tanto las funciones biolgicas como los mecanismos de toxicidad que presentan estos elementos se deben a su carga elctrica, es decir, a su capacidad de coordinarse con otras molculas y posesin de mltiples estados de valencia. Las cianobacterias eliminan iones metlicos del medio por mecanismos fisicoqumicos, como la adsorcin a las envolturas celulares (proceso de biosorcin), o dependientes de su actividad metablica, como el transporte. Las clulas acumulan entonces iones metlicos de ambientes donde se encuentran muy diluidos.

La contaminacin de ecosistemas por iones metlicos est recibiendo una atencin creciente. De acuerdo con la regulacin vigente en la Unin Europea, la cantidad de metales que se viertan en aguas y efluentes deber ser inferior a 1 mg/L. Para llevar la norma a cumplimiento, se han desarrollado tcnicas de

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tratamiento de aguas contaminadas con iones metlicos: precipitacin qumica, intercambio jnico, adsorcin sobre carbn activo y electrodilisis, entre otras.

Los mtodos qumicos y electroqumicos resultan, sin embargo, ineficaces o muy caros cuando la concentracin del ion metlico es inferior a 10 miligramos por litro, como ocurre en muchos efluentes industriales.

A comienzos de los aos noventa se inici una serie de estudios encaminados a explorar el aprovechamiento de la biomasa no viable de algunas cianobacterias como biosorbente de iones metlicos. Se cultiv Phormidium laminosum en medio mineral y, despus de secar las clulas, se las atraparon en esferas de polisulfona y resinas epoxi, materiales polimricos inertes. Se comprob que la biomasa inmovilizada en estas esferas microporosas adsorba eficazmente Fe(II), Cr(III), Zn(II), Cu(II), Ni(II), Cd(II) y Pb(Il) de aguas modelo. Ms tarde, el metal adsorbido se recuperaba cuantitativamente lavando las esferas con disoluciones cidas.

Se reutiliz la biomasa inmovilizada en sucesivos ciclos de biosorcin y elucin, comprobando que la biomasa atrapada en polisulfona puede volver a aprovecharse, sin merma de eficacia, en 10 ciclos consecutivos por lo menos. Se trata, pues, de un biosorbente idneo para la descontaminacin de metales pesados en aguas residuales.

Biorremediacin del ambiente

La expansin de las explotaciones agrcolas y ganaderas intensivas ha dejado por secuela elevadas concentraciones de nitratos en suelos y aguas. Lechugas, espinacas y apio contienen cantidades considerables de nitrato, anin que provoca cianosis en lactantes. La cianosis se origina por la conversin de hemoglobina en metahemoglobina, protena sta que posee menos capacIdad para transportar 02 que aqulla. De hecho, es el nitrito procedente de la reduccin del nitrato por la microflora intestinal el causante directo de la formacin de metahemoglobina.

Adems, las nitrosamnas, compuestos que se producen al reaccionar el nitrato con aminas presentes en el estmago, son agentes cancergenos con propiedades mutagnicas y teratognicas (inducen malformaciones en embriones).

La adhesin espontnea a un soporte constituye una caracterstica de muchas cianobacterias que medran en su medio natural. Si a un cultivo de clulas se le suministran lminas o pedazos de esponjas translcidas de poliuretano o polivinilo, por ejemplo, las clulas se adhieren a la esponja y crecen en el interior de sus poros en una tasa similar a la descrita en las formas libres.

El exceso de fsforo en forma de fosfatos pasa a ser otro problema para la salud del medio. Sin resultar directamente txicos para el hombre, una concentracin de fosfatos desmesurada altera el ecosistema de ros y lagos con la eutrofizacin (exceso de nutrientes) que se producen en sus aguas.

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Se han empleado cianobacterias, Phormidium, para descontaminar aguas potables que contenan altos niveles de nitratos y fosfatos y que procedan de campos sometidos a un abonado excesivo con fertilizantes nitrogenados. Para ello, se cultivaron cianobacterias adsorbidas en esponjas translcidas de poliuretano, dejando que las clulas agotaran esos nutrientes "contaminantes".

Dentro de las aplicaciones ambientales ms recientes de las cianobacterias destacan las que emplean estos Organismos para degradar contaminantes Orgnicos disueltos en agua. Oscillatoria sp. y Agmenellum quadruplicatum pueden degradar los hidrocarburos fenantreno y naftaleno. Otros trabajos sugieren que ciertas cianobacterias del crudo petrolfero degradan n-alcanos. El fenol y algunos de sus derivados tambin pueden ser degradados porSpirulina maxima, Anabaena cylindrica y Phormidium foveolarum.

Clulas de Anabaena sp. y Nostoc ellipsosporum degraden y-hexaclorociclohexano, pesticida conocido como Lindane. Se ha introducido en el genoma cianobacteriano genes de la bacteria Pseudomonas paucimobilis que codifican enzimas con actividad degradativa. Este trabajo, pionero en su campo, abre nuevas perspectivas en el empleo de cianobacterias manipuladas genticamente y hospedadoras de genes bacterianos como agentes capaces de degradar contaminantes orgnicos disueltos en agua. Si esta estrategia confirma su validez, y la unimos a las ya enumeradas ventajas que las cianobacterias presentan sobre las bacterias heterotrficas, cabr confiar en el protagonismo que estos nuevos agentes descontaminantes adquieran en un futuro prximo.

ALGAS Y CIANOBACTERIAS EN AGUAS COSTERAS Y ESTUARIAS

Si bien a lo largo de toda la historia se han registrado brotes de algas txicas y no txicas en el mar, estos se han incrementado durante las ltimas dcadas. En diversas reas tales como el Mar Bltico, Mar del Norte, Mar Adritico, costas del Japn y Golfo de Mxico, estos florecimientos se han convertido en un fenmeno constante y su elevada frecuencia ha acompaado el enriquecimiento nutricional de las aguas costeras a escala global. La expansin progresiva de la ocurrencia de algas txicas puede estar asociada al creciente impacto antropgeno sobre las reas costeras que a su vez pueden ser responsables de los cambios en la disponibilidad de nutrientes dentro de las aguas costeras, y as fomentar el crecimiento de algas txicas.

Los brotes de especies no txicas de fitoplancton pueden afectar el valor de las aguas recreativas debido a una transparencia reducida, agua descolorida y formacin de espuma.

Adems, la degradacin de los brotes puede producir olores desagradables. En aguas costeras y lagunas, la ocurrencia masiva de macroalgas puede tener efectos similares.

En ambientes marinos, se han reportado varias enfermedades humanas relacionadas con la presencia de especies txicas tales como dinoflagelados, diatominas, nanoflagelados y cianobacterias. La toxicidad de estas algas para los seres humanos se debe a algunos de sus componentes, principalmente toxinas:

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Luego de consumir mariscos y pescados que contienen toxinas de algas que causan sndromes tales como envenenamiento por mariscos que produce parlisis (EMP), envenenamiento por marisco que produce diarrea (EMD), envenenamiento por marisco que produce amnesia (EMA) y envenenamiento por mariscos que produce neurotoxicidad (EMN);

A travs del contacto drmico, causa dermatitis severa por contacto conocida como picazn del nadador o dermatitis por algas;

A travs de la inhalacin de aerosoles de agua de mar; y

A travs de la ingestin de agua o espumas de algas.

Las toxinas de algas marinas representan un problema debido principalmente a su concentracin en mariscos y pescados que posteriormente son ingeridos por el hombre. A pesar de la importancia de esta va de exposicin para los seres humanos, este captulo slo incluye los posibles riesgos asociados con las actividades recreativas en (o cerca de) aguas marinas y estuarias.

Peligros para la salud

-Exposicin a travs del contacto drmico La dermatitis cianobacteriana marina denominada picazn del nadador o ermatitis por algas es una dermatitis por contacto severa que puede ocurrir luego de nadar en aguas marinas que contienen brotes de ciertas especies de cianobacterias marinas. Los sntomas de picazn y quemadura se producen a los minutos u horas de haber nadado en el mar donde se encuentran suspendidos fragmentos de cianobacterias. Al cabo de 3 a 8 horas, se desarrolla una dermatitis visible y enrojecimiento, seguidos de la aparicin de ampollas y una descamacin aguda. Algunos componentes txicos tales como aplisiatoxina, debromoaplisiatoxina y lyngbyatoxina A, se han aislado de cianobacterias marinas. Estas toxinas son altamente inflamatorias y son fuertes compuestos promotores de tumores en la piel ya que usan mecanismos similares a steres de forbol al activar la protena cinasa C. Se requiere mayor investigacin sobre posibles riesgos promotores de tumores en seres humanos. Hasta la fecha, slo se han reportado brotes en Japn y Hawai. La cianobacteria Lyngbya majuscula produce debromoaplisiatoxina y lyngbyatoxina A, mientras que las cianobacterias Oscillatoria nigroviridis y Schizothrix calcicola producen debromoaplisiatoxina.

-Exposicin a travs de ingestin (de agua o espuma) Nodularia spumigena fue la primera cianobacteria conocida por sus efectos mortales sobre los animales (Francis, 1878). La toxina nodularina producida por Nodularia spumigena, es un pentapptido cclico que acta como una hepatotoxina, ya que produce hemorragias masivas en el hgado de mamferos, rompe la estructura del hgado y tiene ciertos efectos sobre los riones. La inhibicin de fosfatos protenicos de serina-teonina representa el mecanismo de accin de la nodularina .

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En el siglo XIX, se registraron varios brotes txicos y acumulaciones de Nodularia spumigena. La bibliografa existente trata sobre brotes de N. spumigena asociados con el envenenamiento de patos, vacas y ovejas. Hasta la fecha, no se han reportado envenenamientos de seres humanos por Nodularia spumigena; sin embargo, los seres humanos pueden ser tan susceptibles a las toxinas como el resto de mamferos. Por lo tanto, los nios pequeos, en particular, pueden ingerir accidentalmente materias txicas en cantidades que podran traer graves consecuencias tales como dao al hgado, el cual no se diagnostica inmediatamente.

Algunas especies de cianobacterias pueden producir espumas densas con altas concentraciones de clulas. Las espumas producidas por las cepas toxicognicas pueden contener elevadas concentraciones de toxinas ya que la mayora de toxinas es intracelular. A diferencia de las reas costeras, la formacin de espuma es ms frecuente en lagos durante el periodo de inactividad luego de condiciones mixtas. La existencia de espuma cianobacteriana producida por una especie toxicognica representa un gran peligro para la salud humana.

Las especies de algas que producen toxinas de EMD, EMP, EMA, EMN, asociadas al consumo de alimentos, representan un riesgo para la salud humana ya que se acumulan en la cadena alimenticia. Sin embargo, al igual que en el riesgo relacionado con actividades recreativas en aguas marinas, no existe evidencia disponible acerca de los efectos adversos sobre seres humanos. Exposicin a travs de la inhalacin

La inhalacin de un aerosol de agua de mar que contiene fragmentos de clulas dinoflageladas marinas y/o toxinas (brevetoxinas) liberados en las olas por algas desintegradas que pueden ser peligrosas para los seres humanos. Los signos y sntomas son irritacin severa de la conjuntiva y membranas mucosas (especialmente la nariz) seguido de una tos y estornudos constantes as como comezn en los labios.

Generalmente, no se observan efectos similares al asma a pocos kilmetros de la orilla. Las brevetoxinas acumuladas en mariscos pueden causar EMN (envenenamiento por mariscos que causa neurotoxicidaad) y pueden matar peces, invertebrados, aves marinas y producir la muerte de manates y delfines. Las brevetoxinas son producidas por el dinoflagelado marino denominado Gymnodinium breve. Durante muchos aos, estos brotes se reportaron slo en el sudeste de Estados Unidos y este de Mxico pero en 1993, el EMN se detect tambin en Nueva Zelanda.

Medidas preventivas En las reas afectadas por la ocurrencia de algas o cianobacterias marinas txicas es importante adoptar medidas de monitoreo adecuadas y brindar informacin a la poblacin potencialmente involucrada. Se deben planificar los programas de vigilancia en otras reas de inters potencial a fin de evitar la exposicin humana en reas afectadas por brotes de algas o cianobacterias txicas. La ocurrencia de estos brotes debe ser de conocimiento pblico. Los extensos registros de datos sobre fitoplancton (txico, peligroso y otros) pueden facilitar un mejor entendimiento de su dinamismo y de la funcin del

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ecosistema, y conllevar a un monitoreo ms efectivo. Por ejemplo, si existen datos sobre poblaciones de fitoplancton de hace muchos aos, ser posible decidir si la repentina aparicin de una especie es nueva para el rea o si las especies endmicas se han vuelto txicas. Los parmetros de apoyo importantes incluyen temperatura, salinidad, clorofila (biomasa del fitoplancton) y circulacin de la corriente superficial (traslado de algas peligrosas). El conocimiento de la distribucin temporal y geogrfica de los nutrientes inorgnicos y sus fuentes as como otros factores de crecimiento del fitoplancton, sern importantes al momento de planificar y operar un programa de monitoreo (Andersen, 1996). Cuando las condiciones son favorables para la aparicin de algas o cianobacterias, se deben intensificar las actividades de monitoreo e incluir una clasificacin taxonmica de las especies potencialmente txicas y eventualmente un anlisis de las toxinas de las algas.

Informacin a profesionales

En las reas afectadas, los mdicos y los hospitales deben recibir informacin sobre problemas de salud relacionados con florecimientos de algas y algas txicas, diagnstico y tratamiento de intoxicaciones vigilancia de grupos en riesgo y procedimientos de reporte a las autoridades de salud pblica.

Informacin pblica

En las reas afectadas, el pblico general y especialmente los usuarios de aguas recreativas deben recibir toda informacin relacionada con la salud. La informacin se puede diseminar a travs de diversos medios tales como avisos en escuelas, medios de comunicacin y folletos especficos, y debe incluir florecimientos de algas y algas txicas, posibles efectos sobre la salud, procedimientos de reporte de cualquier problema de salud relacionado con la recreacin acutica y medidas preventivas recomendadas.

Las siguientes guas se recomiendan como medidas preventivas para todos los tipos de recreacin en aguas marinas y dulces y se deben incluir en la informacin pblica: Evite reas con posibles concentraciones y/o espumas visibles de algas en el mar y orilla. El mayor riesgo para la salud est relacionado con el contacto directo o la ingestin de cantidades considerables. En la playa, evite sentarse en la misma direccin del viento donde estn secndose las algas, tanto en el mar como en la orilla, ya que pueden producir un aerosol que se inhalara. Cuando navegue o practique windsurf u otra actividad que implique una posible inmersin accidental en aguas con florecimientos de algas, use vestimentas con aberturas bien ajustadas. El uso de wet suits para deportes acuticos puede producir un mayor riesgo de erupciones, ya que el alga en el agua contenida dentro del wet suit estar en contacto permanente con la piel. Al salir del agua, enjuguese o lvese para remover cualquier resto de algas. Lave y seque todas sus vestimentas y equipo despus de estar en contacto con florecimientos de algas y espumas. En caso se presente un efecto sobre la salud, sin importar la naturaleza de la exposicin, debe recurrir a un mdico.

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Prevencin del florecimiento de algas marinas

Durante las ltimas dcadas, se ha intentado desarrollar mtodos prcticos para controlar el florecimiento de algas marinas. Las investigaciones han estudiado el uso de polvo, herbicidas, metales, quelatos, turbulencia artificial, parsitos dinoflagelados y zooplancton. Desafortunadamente, muchos de estos mtodos no son prcticos y pueden tener efectos colaterales sobre el ambiente.

Los florecimientos de algas son el resultado de una complicada interaccin entre condiciones hidrogrficas, meteorolgicas, biolgicas y qumicas y slo algunas se pueden controlar. La falta de nutrientes esenciales, principalmente nitratos y fosftos, impide que las algas alcancen las proporciones de un florecimiento. La proliferacin de nutrientes de fuentes terrestres es uno de los factores promotores ms influyentes y slo la minimizacin de su disponibilidad permitir controlar el crecimiento de algas.

Por lo tanto, la implementacin y cumplimiento de planes de monitoreo extensos e integrados para controlar las descargas de nutrientes en fuentes claves tales como ros, tuberas y drenajes as como fuentes difusas resultan necesarios para evitar florecimientos recurrentes de algas.

MISCELNEA CIANOBACTERIANA

Celulosa en las Cianobacterias

Los cientficos de la University of Texas en Austin han hecho un descubrimiento que algn da podra servir para eliminar la explotacin de los bosques en busca de madera y pulpa. Los microorganismos llamados cianobacterias podran ser la nueva fuente de celulosa para la industria.

Las cianobacterias, tambin llamadas algas verdeazuladas, producen celulosa por biosntesis. Los cientficos piensan que tambin podran ser una fuente de material gentico para la biosntesis de la celulosa que se desarrolla en las plantas, como los rboles o el algodn.

Las algas verdeazuladas se encuentran entre los organismos vivos ms antiguos. Han existido durante ms de 2.800 millones de aos, aunque se han encontrado fsiles que parecen cianobacterias de hace 3.500 millones de aos. Por su parte, la celulosa es un biopolmero que las plantas usan como materia principal para construir sus paredes celulares. La celulosa es importante econmicamente porque es el punto de partida de muchos productos como la madera, el algodn o el lino.

Fig.4. Cultivo de cianobacterias productores de celulosa

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Aunque ya hace tiempo que se haba sugerido la existencia de biosntesis de celulosa en las cianobacterias, hasta ahora no se haban encontrado pruebas de ello. Esta labor es la que han realizado David R. Nobles, Dwight K. Romanovicz y R. Malcolm Brown Jr.

Los cientficos usaron anlisis microscpicos y de rayos-X para determinar (ver imagen) si haba o no celulosa en seis cepas de cinco gneros de algas verdeazuladas.

La futura produccin industrial de celulosa a partir de cianobacterias parece prometedora. Si se consigue, podramos evitar la explotacin de los bosques en busca de madera, as como de pulpa para fabricar papel.

Las cianobacterias viven en una gran diversidad de ambientes, desde lagos de agua dulce y estanques, a aguas hipersalinas, e incluso en desiertos donde la lluvia nunca se ha registrado. Son comunes en los valles secos de la Antrtida y pueden vivir en la superficie de las rocas. Algunas no requieren agua, fertilizantes basados en nitratos, o incluso tierra para crecer y desarrollarse.

Desde un punto de vista evolutivo, los genes de las cianobacterias usados para la produccin de celulosa estn muy cercanos a los genes que realizan la misma funcin en las plantas terrestres. Es posible que estos ltimos procedan directamente de las cianobacterias.

BIBLIOGRAFIA

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