Palestra apresentada no âmbito do Ciclo "Árvores e seus habitats", organizado pela Fabre Actum - Associação Para a Dinamização, Defesa & Animação de Patrimónios e Artes. | info:eu-repo/semantics/draft

Several bloom-forming cyanobacterial genera produce microcystin, a potenthepatotoxin, wich has turned a main concern for people who deal with water treatmentfor human consuption. In Brazil, hepatotoxins are produced especially by species of thegenera Microcystis and Radiocystis. Due to the presence of double bond in the ADDAamino acid, the microcystin molecule is very resistant to chemical hydrolysis and evento boiling. Therefore there is a constant search for effective solutions, at low cost, forthe removal of this cyanotoxin from the drinking water. Although the conventionalprocesses of water treatment can reduce the concentration of microcystins from theparticulate fraction, the soluble fractions can still contain high concentrations of thiscyanotoxin and pass through the treatment systems. The present work shows the resultsof experimentes carried out at a laboratory scale, using blooms samples and cultures ofthe cyanobacteria Microcystis protocystis, microcystin RR producer. The work wasdeveloped in two phases. The first one focused on studying the reduction of microcystintoxicity, based on changes occurred on blooms samples and cultures exposed to lightand submitted to pressure. The second stage focused on applying the results obtained inthe first study, on a bench-scale, with the addition of chemical coagulants. Theconcentration of microcystin in the sludge generated during the process of sedimentationwas also evaluated, as well as some techniques of reduction of these concentrations ofmicrocystin. The experiments were carried out with M. protocystis containing a highconcentration of microcystin. In the first stage, the results showed a production ofhydrogen peroxide after the damage caused to the cells by the induced pressure. Areduction of phycocyanin concentration was also noticed, however no significantmodifications occurred for chlorophyll a and carotene concentration. The microcystinwas degraded showing changes in the peaks of the chromatogram and in the absortionspectrum when compared to those obtained before the treatment. The lethal dosage tothe mice was increased by approximately 10 times after pressurization of the samplesand exposition to light, showing a reduction of toxicity. The experimental conditionsprovided cellular lysis, with the consequent releasing of phycocyanin and microcystin.The phycocyanin, under illumination, was photo-oxidized and activated the productionof ROSs, which caused a reduction of microcystin toxicity. These results seem toindicate the influence of ROS´s in the reduction of microcystin toxicity and suggest apotential method for water treatment during the occurrence of cyanobacteria blooms. Inthe second stage of the experiments with the three coagulants, is was observed that theferric chloride was the most efficient for the removal of cells and of microcystin.Finnaly, for the treatment of the toxic sludge generated, the exposition to light during 12hours was the process that presented a better removal of microcystin. | Muitos gêneros de cianobactérias que formam florações podem produzir microcistinas,potentes hepatotoxinas, que se tornou alvo de preocupações nas pesquisas queobjetivam produzir água potável. No Brasil, a hepatotoxina microcistina é produzidaprincipalmente por espécies de cianobactérias dos gêneros Microcystis e Radiocystis.Por ser um heptapeptídeo cíclico que possui um dieno, a molécula da microcistina émuito resistente à hidrólise química e até mesmo a fervura. Com isso há uma buscaconstante de soluções eficientes e de baixo custo para a remoção dessa cianotoxina daágua a ser tratada. Esse processo é mais eficiente, quando se consegue remover, nosprocessos de tratamento, a fração particulada intacta das células e a fração solúvel.Ainda que os processos convencionais de tratamento da água possam reduzir aconcentração de microcistina oriunda da fração particulada, a fração solúvel pode aindaconter elevadas concentrações dessa cianotoxina e passar pelos sistemas de tratamento.O presente trabalho apresenta os resultados de estudos obtidos em experimentosrealizados em escala de laboratório, nos quais inicialmente foram utilizadas amostras defloração e depois utilizadas amostras de cultura de Microcystis protocystis, produtora demicrocistina RR. O trabalho foi desenvolvido em duas etapas. A primeira objetivouestudar a redução da toxicidade da microcistina a partir de mudanças ocorridas emamostras de floração e posteriormente de cultura, expostas à luz e submetidas à pressão.Já a segunda etapa, objetivou aplicar os resultados obtidos nesse primeiro estudo,utilizando-se também em escala de bancada, coagulantes químicos, visando associar atécnica da exposição à luz e a de pressurização de amostras a uma importante etapa dotratamento da água, que é a etapa da coagulação. Avaliou-se também a concentração demicrocistina no lodo gerado durante o processo de sedimentação sendo tambémavaliadas técnicas de redução das concentrações de microcistina encontradas. Osexperimentos foram realizados com Microcystis protocystis produtora de microcistinaRR. Os resultados do trabalho, na primeira etapa, mostraram uma produção de peróxidode hidrogênio após o dano causado às células pela pressão induzida. Observou-setambém uma redução da concentração de ficocianina, sendo que não foram verificadasmodificações significativas para a clorofila a e o caroteno. A microcistina foidegradada com alterações nos picos do cromatograma e no espectro de absorção quandocomparados com os obtidos antes do tratamento. A dosagem letal aos camundongosaumentou aproximadamente 10 vezes após as amostras terem sido pressurizadas eexpostas à luz, mostrando uma conseqüente redução da toxicidade. As condiçõesexperimentais de exposição de culturas de cianobactérias ou de florações à luz e sob apressão, causaram uma retirada parcial da ficocianina e da microcistina das células. Aficocianina, após ser iluminada, foi foto-oxidada e ativou a produção das EAOs, quepor sua vez, causaram uma redução na toxicidade das microcistinas. Esse é um potencialmétodo para auxiliar o tratamento da água durante as florações de cianobactérias. Já nasegunda etapa, do teste com os três coagulantes, o que se mostrou mais eficiente naremoção de células e de microcistina foi o cloreto férrico. No tratamento do lodogerado, a exposição à luz por 12 horas, foi o processo que apresentou uma melhorremoção de microcistina.

Orientador: Prof. Dr. Hermes Moreira Filho | Dissertação (mestrado) -Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Curso de Pós-Graduação em Botânica | Inclui referências: p. 188-196

On the first chapter we present the diversity of picocyanobacteria in the Volta Grande reservoir, through classic taxonomy, complemmentary statistical analyses and metagenomics approach. The richness in morphologically described species was in line with the microdiversity observed in the dominant genera annotated, according to reference databases: NCBI (nt) e SILVA (ssu rRNA). On the second chapter se see the metagenomic profile of the Marimbondo reservoir, both in spacial and temporal scale. The environmental variables showed a gradient consistent with the increase of biomass in the Microcystis population. The taxonomic profile of the community was different between samples with low or high Microcystis biomass, as well as correlated with the environmental gradient. Meanwhile, the functional profile was stable among samples, indicating functional redundancy. Therefore, the distinct taxonomic annotations could actually reflect the diversification/adaptation dynamics of the gene pool in a given population. The third chapter is concerned with the microdiversity of the M. aeruginosa population in the the Marimbondo reservoir, due to number of strains previously observed. The recruitment analyses and variant calling (SNV) were used with the intent of exploring alignment patterns and differentiation among population members. The microdiversity we observed could be related to the mosaic-like genomic structure in which the gene pool alternates according to the functional needs of the population. The fourth chapter explores the genetic variability of the two genera of the Aphanizomenonaceae Family in Pampulha lake, an urban artificial hypereutrophic reservoir suffering the impact of constant cyanobacteria blooms. Through different approaches, we explored the complexity in closely related strains and genera. The alignment of south american strains and genera indicated greater similarity of the local population with the genomes of Raphidiopsis brookii D9 and Cylindrospermopsis raciborskii T3. Many factors might indicate that we are dealing with a still unknown population, among which is the lack of full alignment with R. brookii D9, the similarity with several south american sequences and the high intraspecific diversity. Said diversity was observed through the wide distribution in SNVs, especially those detected in assimilation and conversion of nitrite/nitrate operons. | No primeiro capítulo é apresentada a diversidade de picocianobactérias do reservatório de Volta Grande, através de taxonomia clássica, análises estatísticas complementares e abordagem metagenômica. A riqueza de espécies descritas morfologicamente apresentou concordância com a microdiversidade observada para os gêneros dominantes anotados de acordo com os bancos de referências NCBI (nt) e SILVA (ssu rRNA). No segundo capítulo apresentamos o perfil metagenômico do reservatório de Marimbondo em escala temporal e espacial. As variáveis ambientais apresentaram um gradiente de acordo com o aumento da biomassa da população de Microcystis. O perfil taxonômico da comunidade foi distinto entre as amostras com baixa e alta biomassa de Microcystis, inclusive correlacionado ao gradiente ambiental, porém o perfil funcional foi estável entre as amostras, indicando uma redundância funcional. Dessa forma, as distintas anotações taxonômicas podem refletir, na verdade, a dinâmica de diversificação/adaptação do conjunto gênico de uma população. O terceiro capítulo aborda a microdiversidade da população de M. aeruginosa do reservatório de Marimbondo, uma vez que um grande número de cepas foi previamente observado. As análises de recrutamento e detecção de variantes de base única (SNVs) foram empregadas para explorar os padrões de alinhamento e diferenciação entre os membros da população. A microdiversidade observada pode ser relacionada à estrutura genômica em mosaico, na qual o conjunto gênico alterna em função das necessidades funcionais da população. O capítulo quatro explora a variabilidade genética das populações de dois gêneros da família Aphanizomenonaceae da lagoa da Pampulha, um reservatório artificial urbano hipereutrófico impactado por constantes florações de cianobactérias. Através de diversas abordagens, a complexidade de gêneros e cepas estreitamente relacionadas foi explorada. O alinhamento múltiplo, incluindo gêneros e cepas da América do Sul, indicou maior similaridade da população local aos genomas de Raphidiopsis brookii D9 e Cylindrospermopsis raciborskii T3. Diversos fatores indicam que estejamos lidando com uma população ainda desconhecida, entre eles a falta de alinhamento completo com R. brookii D9, a similaridade a diversas sequências sul-americanas e a alta diversidade intraespecífica observada pela ampla distribuição de SNVs, em especial àqueles detectados nos operons de assimilação e conversão de nitrito/nitrato.