Microcistina

O Lago Erie em outubro de 2011, durante uma intensa floração de cianobactérias[1][2]

As microcistinas ou cianoxinosinas (/ ʃi /) são uma classe de cianotoxinas, que são toxinas produzidas por cianobactérias, por vezes chamadas algas verde-azuladas.[3] Até agora, foram descobertas cerca de 250,[4] das quais a microcistina-LR é a mais comum. Quimicamente, são heptapéptidos cíclicos produzidos por sintases de péptidos não ribossómicos.[5] As cianobactérias podem produzir microcistinas em grandes quantidades durante as florações de algas as quais representam uma ameaça importante para o fornecimento de água potável e para a rega, e para o meio ambiente em geral.[6][7]

Características

Estrutura química da microcistina-LR.

As microcistinas ou cianoxinosinas são uma classe de toxinas[8] produzidas por certas cianobactérias de água doce; principalmente Microcystis aeruginosa mas também outros Microcystis, assim como membros dos géneros Planktothrix, Anabaena, Oscillatoria e Nostoc. A microcistina-LR (L = leucina, R = arginina) é a forma mais tóxica de cerca de 80 variantes tóxicas conhecidas, e é também a mais estudada por químicos, farmacêuticos, biólogos e ecólogos. As florações que contêm microcistina são um problema em todo o mundo, incluindo China, Brasil, Austrália, África do Sul,[9][10][11][12][13][14][15][16] os Estados Unidos e grande parte da Europa. O barragem de Hartebeespoort na África do Sul é um dos locais mais contaminados da África e possivelmente do mundo.

Química

As microcistinas têm um esqueleto estrutural comum constituído por D-Ala1-X2-D-Masp3-Z4-Adda5-D-γ-Glu6-Mdha7, onde X e Z são aminoácidos variáveis; o nome esquemático "microcistina-XZ" (MC-XZ abreviado) é atribuído com base nos códigos de letras de aminoácidos, colocando a letra correspondente aos aminoácidos no lugar de X e Z.[4] Se a molécula apresentar qualquer outra modificação, as diferenças são denotadas entre parênteses retos antes de "MC".[4] Destes, vários são aminoácidos não proteinogénicos incomuns:[17]

  • D-Masp é o ácido D-eritro-β-metil-isoaspártico, um derivado do ácido aspártico em forma de β-aminoácido;[4]
  • Adda é o ácido (todo-S,todo-E)-3-amino-9-metoxi-2,6,8-trimetil-10-fenildeca-4,6-dienoico, um β-aminoácido encontrado exclusivamente na microcistina e na molécula relacionada nodularina;
  • Mdha é a N-metildedidroalanina, um derivado da dedidroalanina.[4] Na nodularina, é substituída por Mdhb (N-metildedidrobutirina), outro derivado dedidroaminoácido.[18]

Mecanismo de ação

As microcistinas ligam-se covalentemente às proteína fosfatases PP1 e PP2A, inibindo-as, e podem assim causar panesteatite.[17] O resíduo ADDA é crucial para essa funcionalidade: análogos sintéticos muito simplificados que consistem em ADDA e um aminoácido adicional podem apresentar a mesma função inibitória.[19]

Factores que afetam a produção

Um cultivo de M. aeruginosa, uma bactéria fotossintética.

O género de cianobactérias de água doce Microcystis produtor de microcistinas prospera em águas quentes, especialmente em águas estagnadas.[7] A EPA norte-americana previu em 2013 que a mudança climática e as alterações nas condições ambientais podem favorecer crescimentos de algas nocivos e afetar negativamente a saúde humana.[20] O crescimento de algas também é favorecido nos processos de eutrofização (excesso de nutrientes).[7] Em particular, o fósforo reativo dissolvido promove o crescimento de algas.[21] As microcistinas podem ter evoluído nas cianobactérias como uma forma de lidar com a disponibilidade escassa de ferro: a molécula liga-se ao ferro, e as estirpes não produtoras toleram significativamente pior a escassez de ferro.[22] Uma baixa disponibilidade de ferro regula positivamente McyD, um dos operões para a síntese de microcistina.[23] Contudo, quando há ferro suficiente, a produção de microcistinas pode ainda ser impulsionada, fazendo com que a bactéria melhore a sua fotossíntese, o que produzirá suficiente ATP para a biossíntese de microcistinas.[24] A produção de microcistinas está também correlacionada positivamente com a temperatura.[25] As luzes brilhantes e de cor vermelha aumentam a transcrição de McyD, mas as azuis reduzem-na.[26] Uma grande variedade de outros fatores, como o pH, podem também afetar a produção de microcistinas, mas fazer uma comparação é complicado devido à falta de condições padrão para realizar os testes.[27]

Vias de exposição

Existem vários modos de exposição a estas hepatotoxinas para os humanos, e um deles é em atividades recreativas como nadar, surfar, pescar e outras atividades que implicam um contacto direto com água contaminada.[28] Outra rota rara, embora extremamente tóxica, de exposição ocorre em casos de operações de hemodiálise. Um caso mortal de intoxicação microcística por hemodiálise foi estudado no Brasil, onde 48 % dos pacientes submetidos a um desses procedimentos num período específico morreram porque a água utilizada no procedimento estava contaminada.[29] As microcistinas são quimicamente estáveis num amplo intervalo de temperaturas e pH, possivelmente como resultado da sua estrutura cíclica.[30] A microcistina-LR que contamina a água é resistente à ebulição e aos tratamentos de micro-ondas.[31] As florações de bactérias que produzem microcistina podem saturar as capacidades dos filtros das estações de tratamento de água. Existem algumas provas de que a toxina pode ser transportada devido à irrigação para a cadeia trófica.[32][33]

Exemplos de florações com produção de microcistinas

Um exemplo de floração de Microcystis ocorreu no Lago Erie na América do Norte em 2011, em parte relacionado com a primavera mais húmida desde que havia registos, que ampliou as zonas mortas do fundo do lago, reduzindo a população de peixes, criando um cheiro fétido nas praias e prejudicando a indústria turística local.[1] Em agosto de 2014 na cidade de Toledo, Ohio foram detetados níveis perigosos de microcistina na sua água potável devido às florações de algas no Lago Erie,[34][35] causadas por um aporte excessivo de fósforo para o lago proveniente de práticas agrícolas e das estações de tratamento de água urbanas.[21] Houve outro caso nas águas salgadas da Baía de São Francisco em 2016.[36], nas águas potáveis de Iowa em 2018, nas quais as microcistinas atingiram um nível de 0.3 µg/L pré-tratamento,[37] e em 2023 no Oregon, no rio que passa por Portland,[38][39] onde o nível de microcistinas chegou a 549 ppb.[38] == Efeitos da exposição sobre a saúde humana

== As microcistinas não podem ser degradadas pelas proteases típicas, como a pepsina, tripsina, colagenase e quimotripsina, devido à sua natureza química cíclica.[30] São hepatotóxicas. Uma vez ingeridas, as microcistinas viajam até ao fígado pelo sistema de transporte de ácidos biliares, onde a maioria é armazenada, embora parte delas permaneça na corrente sanguínea e possa contaminar os tecidos.[40][41] Os efeitos agudos sobre a saúde da microcistina-LR são os seguintes: dor abdominal, vómitos e náuseas, diarreia, dor de cabeça, feridas à volta da boca, e por inalação, dor de garganta, tosse seca e pneumonia.[42][29] Os estudos realizados sugerem que a absorção de microcistinas ocorre no tracto gastrointestinal.[28] Além disso, estas hepatotoxinas inibem a atividade dos enzimas fosfatase PP1 e PP2A, causando choque hemorrágico e podem matar ratos em 45 minutos.[43] Não é adequado avaliar o potencial carcinogénico das microcistinas aplicando simplesmente as Diretrizes da EPA para a Avaliação do Risco de Carcinógenos. Alguns estudos feitos na China sugerem que pode haver uma relação entre os cancros de fígado e colorretais e a ocorrência de cianobactérias na água potável.[44][45][46][47][48][49] No entanto, as provas são limitadas devido à escassa capacidade de avaliar e medir com exatidão a exposição.

Regulamentação

Nos Estados Unidos, a EPA emitiu uma recomendação sanitária em 2015.[50] Foi calculada uma recomendação sanitária de dez dias para diferentes idades, que se considera protetora e com efeitos secundários não carcinogénicos em caso de exposição de dez dias às microcistinas na água potável:

  • 0.3 µg/L para crianças alimentadas por biberão e crianças pequenas em idade pré-escolar.
  • 1.6 µg/L para crianças em idade escolar e adultos.[50]: 28–29

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