Variabilidade espaço-temporal de cianobactérias em dois reservatórios subtropicais: composição da comunidade, análises moleculares e de cianotoxinas

Toxic cyanobacteria in public water supply reservoirs represent a serious health risk since they can release cyanotoxins into the water. Among the cyanotoxins produced by cyanobacteria are microcystin (MC - hepatotoxin) and saxitoxin (STX - neurotoxin). Considering that these two toxins are recurrent in Brazilian water systems, the main objective of this doctoral research was to assess the effect of environmental variables on the composition, abundance and toxicity of cyanobacterial communities in the subtropical reservoirs Itupararanga and Lobo (São Paulo State, Brazil) in order to generate information to help on the proper monitoring of these aquatic ecosystems and minimize the risks to the public health. Water samples were collected in the riverine and dam zones from both reservoirs at two depths in May, August and October 2017 and January 2018. Occurrences of potentially saxitoxin- and microcystin- producing cyanobacteria were determined by microscope analysis and quantitative PCR assays through the detection of sxtA and mcyE genes, respectively. Concentrations of MC and STX were measured through ELISA. Presence of microcystin- and saxitoxin-producing cyanobacteria in both reservoirs was confirmed by the detection of mcyE and sxtA genes, respectively. Among the identified genera of cyanobacteria, Aphanizomenon, Geitlerinema, Phormidium and Raphidiopsis were considered as the potential producers of MC and STX in the reservoirs. The cyanobacterial biovolume in Itupararanga reservoir was higher than in Lobo reservoir. In January 2018, the cyanobacterial biovolume in the dam zone of Itupararanga reservoir constituted more than 60% of total phytoplankton biovolume, and the most dominant cyanobacterium was Raphidiopsis raciborskii. In Lobo reservoir the highest contribution of cyanobacteria was 12% in the dam zone in May 2017. Microcystin and saxitoxin concentrations were detected in the two subtropical reservoirs. For most of the study period, cyanotoxin concentrations were below the maximum limit allowed by the Ministry of Health for public water supply. Nevertheless, MC concentrations exceeded the limit allowed in drinking water for human consumption in two samples (May 2017 in the dam zone of Lobo reservoir), posing a risk to the local people. The occurrence of toxins in the reservoirs was influenced by different environmental variables, but the results showed that nutrients played an important role in their occurrence since the nitrogen and phosphorus limitation appeared to be responsible for the increase in toxin production. The mcyE and sxtA genes were directly correlated with microcystin and saxitoxin concentrations in both reservoirs, suggesting that qPCR associated with ELISA/LC-MS can be used as a fast and reliable tool to monitor the occurrence of toxic cyanobacteria in environmental samples.Cianobactérias potencialmente tóxicas em reservatórios de abastecimento de água representam um sério risco à saúde, pois podem liberar cianotoxinas na água. Entre as cianotoxinas produzidas pelas cianobactérias estão a microcistina (MC - hepatotoxina); e a saxitoxina (STX - neurotoxina). Considerando que essas duas toxinas são recorrentes nos sistemas hídricos brasileiros, o principal objetivo desta pesquisa de doutorado foi avaliar o efeito de variáveis ambientais na composição, abundância e toxicidade de comunidades de cianobactérias nos reservatórios subtropicais de Itupararanga e do Lobo (São Paulo, Brasil) a fim de gerar informações para auxiliar no monitoramento adequado desses ecossistemas aquáticos e minimizar os riscos à saúde pública. Amostras de água foram coletadas em duas profundidades na cabeceira e na barragem de ambos os reservatórios em maio, agosto e outubro de 2017 e janeiro de 2018. Ocorrências de cianobactérias potencialmente produtoras de saxitoxina e microcistina foram determinadas por análise microscópica e ensaios quantitativos de PCR através da detecção dos genes sxtA e mcyE, respectivamente. Concentrações de MC e STX foram determinadas através do teste ELISA. A presença de cianobactérias potencialmente produtoras de MC e STX em ambos os reservatórios foi confirmada pela detecção dos genes mcyE e sxtA, respectivamente. Dentre os gêneros de cianobactérias identificados, Aphanizomenon, Geitlerinema, Phormidium e Raphidiopsis foram considerados como os potenciais produtores de MC e STX nos reservatórios. O biovolume de cianobactérias no reservatório de Itupararanga foi maior que no reservatório do Lobo. Em janeiro de 2018, o biovolume de cianobactérias na barragem do reservatório de Itupararanga constituiu mais de 60% do biovolume total de fitoplâncton, com predominância de Raphidiopsis raciborskii. No reservatório do Lobo, a maior contribuição das cianobactérias foi de 12% na barragem em maio de 2017. Concentrações de MC e STX foram detectadas nos dois reservatórios subtropicais. Na maior parte do período de estudo, as concentrações das cianotoxinas estiveram abaixo do limite máximo permitido pelo Ministério da Saúde para água de abastecimento público. No entanto as concentrações de MC excederam o limite permitido em água potável para consumo humano em duas amostras (maio de 2017 na barragem do reservatório do Lobo), representando um risco para a população local. A ocorrência de toxinas nos reservatórios foi influenciada por diferentes variáveis ambientais, no entanto, os resultados mostraram que os nutrientes desempenharam um papel importante na produção de MC e STX, uma vez que a limitação de nitrogênio e fósforo pode ter sido responsável pelo aumento da produção de toxinas. Os genes mcyE e sxtA foram diretamente correlacionados às concentrações de microcistina e saxitoxina em ambos os reservatórios, sugerindo que o qPCR associado ao ELISA/LC-MS pode ser usado como uma ferramenta rápida e confiável para monitorar a ocorrência de cianobactérias tóxicas em amostras ambientais