miniatura|300px|O Lago Erie em outubro de 2011, durante uma intensa floração de cianobactérias As microcistinas ou cianoxinosinas (/ ʃi /) são uma classe de cianotoxinas, que são toxinas produzidas por cianobactérias, por vezes chamadas algas verde-azuladas. Até agora, foram descobertas cerca de 250, das quais a microcistina-LR é a mais comum. Quimicamente, são heptapéptidos cíclicos produzidos por sintases de péptidos não ribossómicos. 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.
Características
miniatura|Estrutura química da microcistina-LR. As microcistinas ou cianoxinosinas são uma classe de toxinas 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,Fatoki, O.S., Muyima, N.Y.O. & Lujiza, N. 2001. Situation analysis of water quality in the Umtata River Catchment. Water SA, (27) pp. 467–474.Oberholster, P. 2008. Parliamentary Briefing Paper on Cyanobacteria in Water Resources of South Africa. Annexure "A" of CSIR Report No. CSIR/NRE/WR/IR/2008/0079/C. Pretoria. Council for Scientific and Industrial Research (CSIR).Turton, A.R. 2015. Water Pollution and South Africa's Poor. Johannesburg: South African Institute of Race Relations. http://irr.org.za/reports-and-publications/occasional-reports/files/water-pollution-and-south-africas-poor 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-X2-3-Z4-Adda5-D-γ-Glu6-7, 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. Se a molécula apresentar qualquer outra modificação, as diferenças são denotadas entre parênteses retos antes de "MC". Destes, vários são aminoácidos não proteinogénicos incomuns:
D-Masp é o ácido D-eritro-β-metil-isoaspártico, um derivado do ácido aspártico em forma de β-aminoácido;
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. Na nodularina, é substituída por Mdhb (N-metildedidrobutirina), outro derivado dedidroaminoácido.
Mecanismo de ação
As microcistinas ligam-se covalentemente às proteína fosfatases PP1 e PP2A, inibindo-as, e podem assim causar panesteatite. 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.
Factores que afetam a produção
miniatura|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. 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. O crescimento de algas também é favorecido nos processos de eutrofização (excesso de nutrientes). Em particular, o fósforo reativo dissolvido promove o crescimento de algas. 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. Uma baixa disponibilidade de ferro regula positivamente McyD, um dos operões para a síntese de microcistina. 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. A produção de microcistinas está também correlacionada positivamente com a temperatura. As luzes brilhantes e de cor vermelha aumentam a transcrição de McyD, mas as azuis reduzem-na. 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.
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.Funari E, Testai E. 2008. Human health risk assessment related to cyanotoxins exposure. Critical Reviews in Toxicology. 38(2). 97–125 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.Azevedo, Sandra M.F.O, Wayne W Carmichael, Elise M Jochimsen, Kenneth L Rinehart, Sharon Lau, Glen R Shaw, and Geoff K Eaglesham. 2002. “Human Intoxication by Microcystins During Renal Dialysis Treatment in Caruaru—Brazil.” Toxicology (Amsterdam) 181. 441–446. As microcistinas são quimicamente estáveis num amplo intervalo de temperaturas e pH, possivelmente como resultado da sua estrutura cíclica. A microcistina-LR que contamina a água é resistente à ebulição e aos tratamentos de micro-ondas. 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.
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. 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, causadas por um aporte excessivo de fósforo para o lago proveniente de práticas agrícolas e das estações de tratamento de água urbanas. Houve outro caso nas águas salgadas da Baía de São Francisco em 2016.John Raphael BEWARE: High Levels of Freshwater Toxin Found in Shellfish from San Francisco Bay 28 de outubro de 2016. Nature World News, nas águas potáveis de Iowa em 2018, nas quais as microcistinas atingiram um nível de 0.3 µg/L pré-tratamento,Kate Payne Toxic Bacteria Blooms Impacting Water Systems Across Iowa, DNR Survey Shows. 1 de novembro de 2018. National Public Radio e em 2023 no Oregon, no rio que passa por Portland, onde o nível de microcistinas chegou a 549 ppb. == 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. 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.Falconer, I.R. 2005. Cyanobacterial Toxins of Drinking Water Supplies: Cylindrospermopsins and Microcystins. Florida: CRC Press. 279 pages. 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.What health risks do humans face as a result of exposure to cyanotoxins? EPA, consultado a 12 de novembro de 2018 Os estudos realizados sugerem que a absorção de microcistinas ocorre no tracto gastrointestinal. Além disso, estas hepatotoxinas inibem a atividade dos enzimas fosfatase PP1 e PP2A, causando choque hemorrágico e podem matar ratos em 45 minutos.Carmichael, W.W. 1992. Cyanobacteria secondary metabolites: The cyanotoxins. J. Appl. Bacteriol. 72, 445–459 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. 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.Drinking Water Health Advisory for the Cyanobacterial Microcystin Toxins U.S. Environmental Protection Agency Office of Water, EPA Document Number: 820R15100, 75pp, 15 de junho de 2015 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.
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