Salto Grande: una guardería para cianobacterias que producen toxinas durante todo el año

Diálogo semi ficticio entre investigadores y dilatadores de decisiones (también conocidos como “tomadores de decisiones”).

- En los embalses de los ríos eutrofizados se dan las condiciones para que haya grandes floraciones de cianobacterias.
- ¡Oh, qué interesante! Pero no todas las cianobacterias son tóxicas, ¿verdad?

(Pasa el tiempo.)

- En el embalse de Salto Grande hay cianobacterias tóxicas durante todo el año. Incluso hemos visto que si bien son organismos de agua dulce, las cianobacterias tóxicas del complejo Microcystis aeruginosa están presentes en todo el gradiente del río Uruguay hasta el Río de la Plata. Hay distintos ecotipos o especies que se adaptan a distintos ambientes, incluso en lugares que no se esperaría que proliferaran, como agua fría o con salinidad.
- ¡Oh, qué interesante! Pero que sean especies o ecotipos de cianobacterias tóxicas no quiere decir que efectivamente estén produciendo toxinas, ¿verdad?

(Pasa el tiempo.)

- Encontramos que la diversidad del complejo Microcystis aeruginosa disminuye entre el verano y el invierno, pero, a pesar de estos cambios, la abundancia de cianobacterias tóxicas y la producción de toxinas siempre son mayores dentro del embalse que aguas arriba y aguas abajo, independientemente de la estación, lo que indica un alto riesgo de toxicidad durante todo el año.
- Eh...

(Continuará.)

Como el polvo en una habitación, muchas veces en la ciencia el conocimiento generado se va acumulando lenta pero constantemente. Nuevas investigaciones plantean nuevas interrogantes y, con los recursos económicos y humanos disponibles, cuando se puede se construye sobre lo previamente establecido. La publicación del artículo “Efecto de la modificación hidrológica sobre la toxicidad potencial del complejo Microcystis aeruginosa en el embalse de Salto Grande” es una buena muestra de cómo la comunidad de investigadoras e investigadores que estudian las cianobacterias genera nueva y valiosa información para entender a una vieja conocida.

Firmado por Gabriela Martínez de la Escalera y Claudia Piccini, del Departamento de Microbiología del Instituto de Investigaciones Biológicas Clemente Estable (IIBCE), y Ángel Segura, del Centro Universitario Regional Este de Rocha, y Carla Kruk, de ese mismo centro y además de la sección Limnología de la Facultad de Ciencias de la Universidad de la República (Udelar), el artículo es la cereza de la torta burdamente esbozada en el diálogo ficticio que abre esta nota.

Al conocimiento generado durante ya décadas de la comunidad limnológica de que los cuerpos de agua eutrofizados por el aporte excesivo de nutrientes como el fósforo y el nitrógeno promueven las floraciones de cianobacterias, que en los embalses esas floraciones se producen con mayor intensidad, que allí hay abundancia de cianobacterias tóxicas, es decir que producen microcistinas que pueden comprometer la salud animal y humana, que estas cianobacterias están en los embalses durante todo el año, ahora se agrega el saber, mediante un riguroso análisis, que ya sea verano o invierno, las cianobacterias tóxicas efectivamente están produciendo toxinas.

Y si bien estas no son buenas noticias, hasta hay un costado para maravillarse con las formas en las que la vida evoluciona en la Tierra: el trabajo muestra que hay dos tipos distintos de cianobacterias tóxicas del consorcio Microcystis aeruginosa, uno que domina la comunidad cuando el agua del embalse está por encima de los 21° C y otro que lo hace cuando está por debajo. Dos cianobacterias con tipos genéticos diferentes que evolucionaron para sobrevivir en distintas condiciones ambientales (a ellas les gusta llamarles ecotipos). ¿La consecuencia de esto? La idea de que en invierno, cuando hay baja temperatura, las cianobacterias no producen toxinas, no corre. A eso se suma lo que los cuatro autores de este trabajo más otros colegas ya habían reportado antes: hay ecotipos de cianobacterias que además de tolerar bajas temperaturas, toleran la salinidad. Si les damos nutrientes, las Microcystis se dan maña para adaptarse a condiciones impensadas.

Así que salimos al IIBCE a conversar una vez más con Gabriela Martínez de la Escalera y Claudia Piccini sobre cianobacterias, embalses, toxinas, malla oro y cómo en el mundo la competencia no es tan importante como la cooperación.

Enfrentando la pregunta recurrente

Al igual que el artículo anterior que proponía la existencia de seis ecotipos de cianobacterias Microcystis aeruginosa (se les llama como si fuera una especie científica a lo que en realidad son diversos organismos que si bien morfológicamente son parecidos, se está viendo que genéticamente no sería lo adecuado poner en una misma bolsa), este también se desprende de la tesis de doctorado de Gabriela. Y al igual que aquel, aquí también se apunta a una presión selectiva del ambiente, en este caso del embalse de Salto Grande, para que tengamos las cianobacterias que tenemos.

“Después de que vimos en el gradiente del río Uruguay y del Río de la Plata la abundancia de Microcystis y en su diversidad detectamos ecotipos, buscamos ver qué tan activos están estos ecotipos y si están produciendo toxinas o si están transcribiendo los genes para sintetizar las toxinas”, explica Gabriela. “Así que nos centramos en un lugar más pequeño, el embalse de Salto Grande. Queríamos ver cómo el embalse afecta la diversidad, la abundancia y producción de toxinas”, agrega.

“Además, cuando Gabriela presentaba los resultados de la primera parte de su tesis, donde detectamos Microcystis tóxicas en todos lados por los métodos que nosotros usamos, de muestreo y de análisis molecular, la pregunta que siempre nos hacían era si sabíamos si esas cianobacterias tóxicas estaban sintetizando la toxina o no”, dice Claudia inspirando el diálogo que abre la nota. “Por eso en este trabajo nos propusimos mirar la transcripción del ARN a ver qué pasaba, si estaban produciendo toxinas o no”, sostiene Claudia.

“Todo esto tiene que ver también con muchas preguntas relacionadas al monitoreo, porque el monitoreo por microscopía no siempre te puede decir cuál es la toxicidad de esos bichos”, sigue Claudia. “La presencia de una especie identificada como no tóxica no quiere decir que no haya otra tóxica”, señala luego, mostrando entonces un punto calve en el que iremos ahondando: las cianobacterias, y dentro de ellas la Microcystis que producen toxinas, viven formando comunidades. Tomar una muestra, aislar a una cianobacteria y ponerla al microscopio no nos dice mucho sobre qué están haciendo las otras integrantes de la comunidad. Es como vaciarle los bolsillos a un inquilino de un apartamento para decir qué hay en los bolsillos de todos los habitantes de un edificio. Pero además, les interesaba ver qué pasaba durante el invierno con la producción de toxinas.

“En general en invierno se hacen menos monitoreos en el embalse que en verano, que es cuando crecen más las cianobacterias. En verano se muestrea todas las semanas, mientras que en invierno baja a una vez por mes o cada 15 días”, dice Gabriela. El paradigma es que estos bichos proliferan más cuando hay calor. Pero eso es algo que nuestras investigadoras vienen viendo que no es tan así. Y el presente trabajo termina de mostrar que no sólo no es tan así, sino que las que quedan en el invierno liberan toxinas como sus parientas estivales.

A muestrear y analizar

En el trabajo entonces pretenden ver qué pasa con este complejo Microcystis aeruginosa, ya que habían visto que hay distintos ecotipos que proliferan en distintas condiciones ambientales, tanto en tres puntos del embalse de Salto Grande (Gualeguaycito, Itapebí y Playa Grande Federación), elegidos debido a que allí hay “floraciones de Microcystis recurrentes o incluso permanentes”, como en uno ubicado 148 kilómetros aguas arriba (Bella Unión) y otro a 60 kilómetros aguas abajo (Puerto Yeruá). En estos cinco puntos se realizaron dos monitoreos durante el verano de 2015 (enero y febrero) y otro en invierno de ese año (junio) por parte de la Comisión Administradora del Río Uruguay en los que participó Gabriela (había ganado una beca para hacer su maestría con esos muestreos, que, como ven, exprimió bien también para su doctorado).

Analizaron entonces cómo estaba estructurada la comunidad de cianobacterias del complejo Microcystis en cada muestra mediante técnicas moleculares, la diversidad de genotipos que producen microcistina mediante el análisis del gen mcyJ con una técnica que ya habían aplicado en el trabajo en el que detectaron los seis ecotipos, así como rastrearon el ARN de las muestras para ver si los genes involucrados en la síntesis de toxinas (mcyB, mcyD, mcyE y mcyJ) estaban activados (el ARN es el que toma la instrucción del gen para comenzar el proceso de ensamblado de las distintas moléculas que fabricamos los seres vivos).

Además de esto relacionado con cianobacterias, registraron distintas variables en cada uno de los lugares (temperatura, turbidez del agua, conductividad) para ver qué era lo que estaba influenciando tanto en que prevalezcan algunas u otras cianobacterias como en la síntesis de toxinas. Y entonces emerge un patrón espacial claro: aguas arriba y aguas abajo del embalse pasa algo distinto que dentro del propio embalse.

“Sí, en el embalse algo cambia”, dice Claudia. “Con todos los antecedentes de trabajos allí, nuestra hipótesis era que el embalse era un inóculo de cianobacterias que, cuando se abren las compuertas, van aguas abajo”, dice por su parte Gabriela. “Pero no se trataría de un inoculo inerte sino de uno activo que sintetiza toxinas. Eso era lo que queríamos determinar, porque esa era una pregunta que nos hacían recurrentemente, si sabíamos si esas cianobacterias están sintetizando toxinas”, vuelve Claudia a la pregunta molesta que las empujó a realizar esta publicación. Porque en ciencia, molestar con preguntas, aunque irrite, puede ser también muy productivo.

“Queríamos ver si el embalse mismo, sabiendo que allí había más biomasa, todo el año era dominado por Microcystis, si venían de aguas arriba o no, si es que hay un inoculo ahí permanente, si van aguas abajo y, en ese caso, cuáles son las que lo hacen, si son las mismas y cuál es el riesgo cuando se abren las compuertas”, lista Gabriela algunas de las interrogantes previas al trabajo. Y respuestas encontraron.

Cambia la comunidad

El primer cambio que observan entre los puntos muestreados se da en la biodiversidad. Aguas arriba del embalse la comunidad de cianobacterias está formada por más especies. Dentro del embalse la cosa cambia: debido a las condiciones del ambiente, la comunidad pasa a estar más dominada por cianobacterias del complejo Microcystis aeruginosa. “Sí, en el embalse la comunidad se altera”, comenta Gabriela.

Si bien en el invierno el agua estaba a 15°C en el embalse y en verano a unos 31°C, tanto la abundancia de cianobacterias (medida en células por mililitro) y de organismos del complejo Microcystis aeruginosa mostraron un marcado patrón espacial: en el trabajo reportan que ambas variables tuvieron “valores significativamente más altos en el embalse que aguas arriba y aguas abajo”.

Otro dato es particularmente relevante: en las muestras del embalse las cianobacterias del complejo Microcystis “dominaron en enero y junio”, y representaron 99% y 97% de la abundancia total de cianobacterias, respectivamente.

“Y en verano son unas y en invierno son otras, por eso decimos que hay dos genotipos. Estos genotipos podrían estar relacionados con los ecotipos de los que hablamos en el trabajo anterior, pero es muy difícil que los revisores de los trabajos acepten eso, por lo que fuimos conservadoras y dijimos que son dos genotipos diferentes”, apunta Gabriela.

En el trabajo lo reportan así: “En el presente estudio, la temperatura del agua fue la única variable ambiental que determinó la diferenciación entre los genotipos tóxicos” en el embalse. “El umbral de temperatura de 21°C definió las preferencias de dos genotipos, uno asociado a temperatura alta del agua (rango 27–31°C) y otro asociado a temperatura baja del agua (rango 14–15°C)”.

“Eso no es extraño, porque nosotros nos imaginamos la comunidad de Microcystis como una comunidad donde hay muchas especies cuya abundancia relativa varía de acuerdo al nicho que ocupan. Cuando se dan las condiciones para determinada especie, esa aumenta y la abundancia de las otras disminuye”, sostiene Claudia.

Podríamos decirque en esa comunidad hay cianobacterias que son malla oro: en determinadas condiciones se reproducen más y proveen de algo que el resto de la colonia precisa, poniéndose al hombro el éxito de la prosperidad del resto. Cuando cambian las condiciones, esas cianobacterias malla oro vuelven al pelotón y quien se pone la casaca amarilla es otra, cuyo esfuerzo favorecerá al resto de la comunidad.

Tras reírse por la comparación, Claudia asiente: “Esa sería como nuestra hipótesis, hay una comunidad diversa y el que va en la cabecera del pelotón va a depender de las condiciones ambientales”. A diferencia de lo de los malla oro y la teoría del derrame que nunca se materializa, aquí sí este empuje parece funcionar. “Mirá el éxito que tienen, están todo el año en el embalse, haga frío o calor”, señala Claudia.

“En estas dinámicas es muy importante la vida en colonia de las cianobacterias. En la colonia las células de Microcystis están adentro y alrededor tienen todo como un moco polisacárido. Esa barrera las protege porque las cosas que vayan a ingresar a la colonia se tienen que difundir por ahí primero, entonces el shock no es inmediato, además de que está llena de bacterias y de otras cianobacterias”, agrega.

Lo que dice hace pensar en un biofilm: comunidades de microorganismos en los que algunos se colocan en la capa externa formando una película -de ahí el término biofilm- mientras otros, a cambio de esa protección, proporcionan cosas que los guardianes de la frontera precisan. A Claudia le brillan los ojos cuando se lo comento. “¡Nosotros creemos que las comunidades de cianobacterias son parte de un biofilm! Pero las veces que intentamos publicarlo nos dijeron que no tenemos pruebas de que sean un biofilm. Para demostrar que sí lo son estamos diseñando un experimento”, desafía Claudia.

Si los resultados las acompañan en esto del biofilm, harán entonces otro aporte valiosísimo para entender a las cianobacterias tóxicas, no sólo de Uruguay sino del planeta. Pero eso será otra nota. Volvamos a Salto Grande y a la toxicidad.

Tóxicas todo el año

Encuentran entonces que dentro del embalse las cianobacterias tóxicas del complejo Microcystis aeruginosa dominan ya sea en verano o en invierno con dos ecotipos que se relevan de acuerdo a la temperatura. Y lo que ven luego es que independientemente de la temperatura y de la época del año, las cianobacterias del embalse están produciendo microcistinas, algo que vieron al analizar la expresión de los genes mediante el ARN.

“Hay más de 150 variantes de microcistinas. Estos genes son responsables de la producción de moléculas básicas necesarias para armar esas toxinas”, dice Gabriela, que cuenta que en los muestreos aguas arriba, en ocasiones no llegaron a detectar que se estuvieran expresando. Pero en el embalse, la cosa cambia.

“En el embalse se seleccionan algunos genotipos, y ya sea en verano o en invierno, siempre hay producción de toxinas. Aguas abajo nunca vuelve a haber la misma diversidad de cianobacterias, y la expresión de toxinas es más alta que aguas arriba del embalse. Entonces el embalse es un inoculo de cianobacterias tóxicas para los sistemas acuáticos aguas abajo”, reflexiona Gabriela con base en los datos que obtuvieron.

“Esto es un insumo para el monitoreo, ya que en invierno, aunque haya menos biomasa y no tengas floraciones tan visibles, también hay producción de toxinas porque es altamente probable que las que haya en invierno pertenezcan a estos genotipos que producen toxinas igual a baja temperatura. Este trabajo muestra que hay que estar también atentos a eso”, señala Claudia.

¿Por qué las cianobacterias están produciendo estas toxinas todo el año? Uno podría pensar que las microcistinas son tóxicos que algunas especies de cianobacterias liberan para controlar a otros microorganismos que puedan estar disputándoles los recursos. Algo similar, si se quiere, a la acción del hongo Penicillium chrysogenum que nos inspiró a desarrollar antibióticos con sus penicilinas. Pero parece que no necesariamente sería ese el caso.

“En realidad los microorganismos tienden mucho más a cooperar que a competir y tirarse cosas para matarse”, dice Claudia. “Estamos convencidas de que algo tiene que ver con la interacción entre los organismos y los cambios en el ambiente”, afirma, y Gabriela coincide contando que incluso en algunos trabajos ya no se les llama toxinas sino simplemente metabolitos, compuestos generados por el metabolismo que no tienen como objeto intoxicar a nadie.

“Algunos trabajos sostienen que estos metabolitos protegen del estrés oxidativo a las cianobacterias. Otros trabajos ven que las bacterias que viven alrededor pegadas usan la molécula de las toxinas como fuente de carbono, se las comen, la reciclan”, apunta Claudia. Y como nunca paran, ahora van por más. Además de explorar lo del biofilm, tienen otros objetivos. “Tenemos ganas de desarrollar un poco la madeja de cuál es el rol de la microcistina. Estamos explorando si esa molécula les sirve para conversar con los otros microorganismos que están en su comunidad, como las bacterias que viven pegadas a Microcystis, que son cientos de especies diferentes. Nuestra hipótesis es que probablemente sea una molécula de comunicación”, adelanta Claudia.

A no embalsar

El trabajo entonces se suma a un gran conjunto de evidencia que muestra que los embalses en los cursos de agua, además de ser disruptores y barreras para la circulación de materia y energía (y de especies y organismos), no son una buena idea cuando se tienen cursos eutrofizados, porque están no sólo promoviendo la proliferación de cianobacterias, sino que además están seleccionando justamente aquellas especies cuyas “conversaciones” son tóxicas para nosotros.

“En este caso es un embalse para energía hidroeléctrica que necesitamos. Pero en otros casos los embalses a veces no son tan necesarios. Teniendo esto en cuenta, habría que pensar dos veces antes de embalsar, sobre todo teniendo en cuenta el contexto eutrófico”, señala Claudia. “Si no tuviéramos este problema de gran eutrofización, quizás sería otra la película. Pero teniendo la mayoría de los cuerpos de agua con alta concentración de nutrientes, embalsarlos te va a llevar a que tanto en invierno como en verano tengas problemas de toxicidad”, agrega.

El trabajo entonces dice que en el embalse de Salto Grande funciona una guardería de cianobacterias que son tóxicas todo el año. Algo similar debe estar pasando en los otros embalses que hay, por ejemplo, en el río Negro. “Esto debería llevarnos a realizar monitoreos frecuentes durante todo el año, que además muestreen toxinas”, dice Gabriela. “El mensaje principal sería que detengamos la eutrofización. Pero mientras no logramos eso, hay que hacer los mejores monitoreos posibles”, complementa Claudia.

La cuenta es clara. Embalses como el de Salto Grande, que genera buena parte de nuestra energía, hoy parecen necesarios. La respuesta pasa entonces por bajar la cantidad de nutrientes que hay en el agua. Si no hacemos nada para bajar los nutrientes en el agua, entonces el camino es no promover la creación de nuevos embalses y ver cuáles, de los que hoy están, podrían modificarse. “Es que si tenés un embalse para riego lleno de microcistinas, vas a regar con microcistinas”, dice con lógica Claudia. “O si tenés un embalse para que tome agua el ganado...”, deja flotar en el aire Gabriela.

Así como las cárceles serían “las universidades del delito”, los embalses son las universidades de las cianobacterias tóxicas. Gracias a nuestra ciencia, ya no podemos decir que no lo sabemos.

Artículo: Effect of hydrological modification on the potential toxicity of Microcystis aeruginosa complex in Salto Grande reservoir, Uruguay
Publicación: Harmful Algae (febrero de 2023)
Autores: Gabriela Martínez de la Escalera, Carla Kruk, Ángel Segura y Claudia Piccini.