Cianobacterias: qué son, características, morfología, toxicidad, ejemplos
¿Qué son las cianobacterias?
Las cianobacterias, conocidas antes como algas verdes azules o verde azuladas, son un filo de bacterias formado por las únicas procariotas capaces de usar luz solar como energía y agua como fuente de electrones en la fotosíntesis (fotosíntesis oxigénica).
Al igual que las plantas superiores, contienen pigmentos que les permiten realizar la fotosíntesis oxigenada. Este filo incluye alrededor de 2.000 especies en 150 géneros, con una amplia gama de formas y tamaños.
Las cianobacterias son organismos muy antiguos. Se han encontrado microfósiles con gran similitud con las cianobacterias modernas en depósitos que datan de hace 2.100 millones de años.
También se han hallado moléculas biomarcadoras características de las cianobacterias en depósitos marinos de 2.700 y 2.500 millones de años.
Debido a la capacidad de las cianobacterias de producir y liberar oxígeno como un subproducto de la fotosíntesis, se cree que su aparición en la Tierra permitió la modificación de la atmósfera, causando un gran evento de oxigenación.
El aumento de oxígeno pudo haber causado un descenso en la concentración de metano atmosférico hace aproximadamente 2.400 a 2.100 millones de años, provocando la extinción de muchas especies de bacterias anaeróbicas.
Algunas cepas de especies de cianobacteria pueden producir potentes toxinas en ambientes acuáticos.
Estas toxinas son metabolitos secundarios que se liberan al medio cuando las condiciones ambientales son extremas, en ambientes eutróficos, con altas concentraciones de nutrientes minerales como el fósforo y condiciones particulares de pH y temperatura.
Características de las cianobacterias
– Son bacterias de tinción gramnegativa, que pueden ser unicelulares o formar colonias con forma de filamentos, láminas o de esferas huecas.
– Dentro de esta diversidad se pueden observar diferentes tipos de células:
- Las células vegetativas son aquellas que se forman en condiciones ambientales favorables, en las que se produce la fotosíntesis.
- Los akinetes, endósporas producidas en condiciones ambientales difíciles.
- Los heterocitos, células de pared gruesa, que contienen la enzima nitrogenasa, que interviene en la fijación de nitrógeno en entornos anaeróbicos.
– Las cianobacterias son los organismos más simples que presentan ciclos circadianos, oscilaciones de las variables biológicas en intervalos regulares de tiempo asociados con cambios ambientales periódicos durante el día. El reloj circadiano en cianobacterias funciona a partir del ciclo de fosforilación de KaiC.
– Se distribuyen en gran diversidad de ambientes terrestres y acuáticos: rocas desnudas, rocas temporalmente humedecidas en desiertos, agua dulce, océanos, suelo húmedo y hasta en rocas antárticas.
– Pueden formar parte del plancton en cuerpos de agua, formar biopelículas fototróficas en superficies expuestas o establecer una relación simbiótica con plantas u hongos formadores de líquenes.
– Algunas cianobacterias desempeñan un papel importante en los ecosistemas. Microcoleus vaginatus y M. vaginatus estabilizan el suelo utilizando una vaina de polisacárido que se une a las partículas de arena y absorbe el agua.
– Las bacterias del género Prochlorococcus producen más de la mitad de la fotosíntesis del océano abierto, haciendo una contribución fundamental al ciclo del oxígeno global.
– Varias especies de cianobacterias, como Aphanizomenon flos-aquae y Arthrospiraplatensis (Spirulina), se cosechan o cultivan como fuentes alimenticias, alimentos para animales, fertilizantes y productos para la salud.
Morfología
– Las células de las cianobacterias tienen una pared celular altamente diferenciada, de tipo gramnegativo, con membrana plasmática y membrana externa separada por un espacio periplásmico.
– Tienen un sistema interno de membranas tilacoides donde residen las cadenas de transferencia de electrones que intervienen en la fotosíntesis y la respiración. Estos diferentes sistemas de membrana otorgan a estas bacterias una complejidad única.
– No poseen flagelos. Algunas especies cuentan con filamentos móviles llamados hormogonias, que les permiten deslizarse en las superficies.
– Las formas filamentosas multicelulares, como el género Oscillatoria, son capaces de generar un movimiento ondulante a través de la oscilación del filamento.
– Otras especies que habitan en columnas de agua forman vesículas de gas, formadas por una vaina de proteínas, que les dan flotabilidad.
– Las hormogonias están formadas por células delgadas con células afiladas en los extremos. Estas células se liberan y movilizan, brotando en lugares alejados de la colonia principal, donde inician nuevas colonias.
Sistemática
La clasificación de las cianobacterias en los niveles taxonómicos más altos ha sido fuertemente debatida. Estas bacterias se clasificaron inicialmente como algas verdes-azules (Cyanophyta), según los códigos botánicos.
Estos estudios iniciales se basaron en características morfológicas y fisiológicas.
Posteriormente, en la década de 1960, cuando se establecieron las características procarióticas de estos microorganismos, las cianobacterias se reclasificaron bajo el código bacteriológico.
En 1979 se propusieron 5 secciones que se corresponden con 5 órdenes: sección I = Chroococcales, sección II = Pleurocapsales, sección III = Oscillatoriales, sección IV = Nostocales y sección V = Stigonematales.
El sistema taxonómico de las cianobacterias se cambió radicalmente con la introducción de la microscopía electrónica y los métodos moleculares y genéticos.
La taxonomía de las cianobacterias ha sido revisada casi continuamente en los últimos 50 años, en los cuales se han generado propuestas radicalmente diferentes. El debate sobre la clasificación de las cianobacterias aún continúa.
Las últimas propuestas de árboles filogenéticos para este filo proponen el uso de los órdenes: Gloeobacterales, Synechococcales, Oscillatoriales, Chroococcales, Pleurocapsales, Spirulinales, Rubidibacter/Halothece, Chroococcidiopsidales y Nostocales. Estos órdenes se componen de géneros monofiléticos, compuestos de muchas especies.
Toxicidad
Se estima que hay 150 géneros de cianobacterias que contienen aproximadamente 2.000 especies, de las cuales alrededor de 46 tienen alguna cepa productora de toxinas.
En los ecosistemas acuáticos, la abundancia de cianobacterias puede alcanzar niveles muy altos cuando las condiciones ambientales son apropiadas para su crecimiento, lo cual favorece la acumulación de metabolitos secundarios en el citoplasma.
Cuando las condiciones ambientales se tornan desfavorables, con incrementos en las concentraciones de nutrientes minerales como el fósforo, las cianobacterias mueren, produciéndose la lisis celular y la liberación de las toxinas al medio.
Se han identificado dos tipos principales de toxinas: hepatotoxinas y neurotoxinas. Las neurotoxinas son producidas principalmente por especies y cepas de los géneros: Anabaena, Aphanizomenon, Oscillatoria, Trichodesmium y Cylindrospermopsis.
Las neurotoxinas actúan rápidamente, produciendo muerte por paro respiratorio a pocos minutos de la ingesta de altas concentraciones de toxina. La saxitoxina es una neurotoxina paralizante, incluida en el Anexo 1 de la Convención de Armas Químicas.
Las hepatotoxinas son producidas por los géneros Microcystis, Anabaena, Nodularia, Oscillatoria, Nostoc y Cylindrospermopsis.
Causan el tipo más común de intoxicación relacionado con las cianobacterias. Actúan de una forma más lenta y pueden desencadenar la muerte algunas horas o días después de la intoxicación.
Especies de cianobacterias
Podemos nombrar algunas especies de cianobacterias, entre las que destacamos las productoras de hepatotoxinas y neurotoxinas, además de las mencionadas anteriormente:
– Microcystis aeruginosa
– Anabaena spiroides
– Cylindrospermopsis raciborskii
– Raphidiopsis curvata
– Raphidiopsis mediterranea
– Planktolyngbya contorta
– Anabaenopsis circularis
– Synechococcus
– Arthrospira platensis
– Nodularia spumigena
Referencias
- Dmitry A. Los. (2017). Cyanobacteria: Omics and Manipulation | Book. Caister Academic Press. Moscow, Russia.
- Gupta, R.C. Handbook of Toxicology of Chemical Warfare Agents. (2009). Academic Press.
- Roset J, Aguayo S, Muñoz M.J. (2001). Detección de cianobacterias y sus toxinas. Revista de Toxicología.
- Wikipedia contributors (2018). Cyanobacteria. In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 10:40, October 12, 2018, from en.wikipedia.org