Effect of pre-chlorination on cell integrity and toxin removal of Microcystis aeruginosa

O aumento da incidência de florações de cianobactérias potencialmente tóxicas nos mananciais de abastecimento, favorecidas pelo elevado aporte de nutrientes nos corpos d\'água, compromete a qualidade da água de consumo e põe em risco a saúde humana e animal, além de elevar os custos do tratamento de água. A pré-cloração, tem se mostrado uma ótima opção tanto na inativação de cianobactérias como na remoção de cianotoxinas dissolvidas. No entanto, sob certas condições, pode causar lise celular e promover a liberação das toxinas no meio. O objetivo deste trabalho foi avaliar em escala laboratorial, o efeito da pré-cloração, utilizando como agente oxidante o hipoclorito de sódio, sobre a integridade celular de uma linhagem tóxica de Microcystis aeruginosa (LTPNA 08), por citometria de fluxo, e sobre a subsequente liberação e degradação das microcistinas (LR e RR) por LC-MS/ MS. Diferentes dosagens de cloro (0,05, 0,5, 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 4 e 8 mg.L-1), tempos de contato (0, 15, 30 e 60 minutos) e densidade celular (1x106 células.mL-1 para os ensaios de jarros e 3,5 x106 células.mL-1 para o ensaio de viabilidade celular) foram utilizadas neste estudo. Os resultados obtidos nos ensaios de jarros mostraram remoções de microcistinas acima de 70% após 60 minutos de exposição ao oxidante, com 100% de remoção em doses de 2,5 e 3 mg Cl2.L-1. Valores de CT (concentração x tempo) acima de 40,66 mg.min.L-1 foram necessários para degradar as microcistinas a concentrações abaixo de 1,0 µg.L-1, exigidos pela organização mundial de saúde (WHO) e pela legislação brasileira de potabilidade da água (Portaria MS nº 2914/2011). Não foi possível verificar a lise celular por microscopia óptica, no entanto, na análise por HPLC-DAD verificou-se degradação de mais de 70% da clorofila-a em todas as dosagens testadas, após 60 minutos de exposição, com a completa degradação nas concentrações de 2,5 e 3 mg.L-1 Cl2, indicando dano celular. Nos ensaios por citometria de fluxo, foi verificada a perda da integridade celular com o aumento da dosagem de cloro aplicada, observando-se a permeabilidade celular máxima, sem a desintegração da célula, na concentração de 2,5 mg.L-1 Cl2. Concentrações de 4 e 8 mg.L1 Cl2 promoveram a lise total das células, impossibilitando a permanência do marcador na célula. A perda dos pigmentos clorofila a e ficocianina ocorreram em concentrações de acima de 2,5 e acima de 1,5 mg.L-1 Cl2, respectivamente. O presente trabalho reforçou a eficiência da cloração na degradação das toxinas e os resultados obtidos podem ajudar as autoridades competentes a otimizar as práticas de cloração utilizadas no pré-tratamento da água.The increased incidence of blooms of potentially toxic cyanobacteria in supply sources, favored by high input of nutrients in water bodies, compromises the quality of drinking water and affect human and animal health, besides increasing water treatment costs. The pre-chlorination, has proved a great choice both in the inactivation of cyanobacterial cells as in removing dissolved cyanotoxins. However, under certain conditions, can cause cell lysis and release toxins. The objective of this study was to evaluate in laboratory scale, the effect of pre-chlorination, using sodium hypochlorite, on cell integrity of toxic Microcystis aeruginosa (LTPNA 08) using flow cytometry, and the subsequent release and degradation of microcystins (LR and RR) by LC-MS / MS. Different chlorine doses (0.05, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 4 and 8 mg.L-1), contact times (0, 15, 30 and 60 minutes) and cell density (1x106 células.mL-1 for jar-test and 3.5 x106 células.mL-1 for cell viability assay) were used in this study. The results obtained in the jar- test showed degradations up to 70% after 60 minutes of exposure, with complete degradation at chlorine doses of 2,5 e 3 mg.L-1. Chlorine exposure (CT) values over 40,66 mg.min.L-1 were required for oxidation of microcystin LR and RR to concentrations below the World Health Organization (WHO) and Brazilian legislation for water potability (Portaria MS nº 2914/2011) guideline value of 1µg.L-1. No differences in cell number was observed by microscopy, however, analysis by HPLC-DAD found chlorophyll-a reductions of more than 70% in all dosages tested after 60 minutes exposure, with values below the limit of quantification for concentrations of 2.5 and 3 mg.L-1 Cl2, indicating cell damage. In assays using flow cytometry, loss of cell integrity was observed with increasing chlorine concentration. The maximum cell permeability without cell disintegration was observed at a concentration of 2.5 mg.L-1 Cl2. Concentrations of 4 and 8 mg.L-1 Cl2 lead to complete cell lysis, making impossible the permanence of SYTOX Green in the cell. The loss of pigment chlorophyll a and phycocyanin occurred in concentrations above 2.5 and 1.5 mg.L-1 Cl2, respectively. This study reinforced the efficiency of chlorination in the toxins degradation and the results can help the water authorities to optimize the chlorination practices used in the pretreatment of water