Evaluación de la presencia de cianotoxinas en el embalse de agua dulce Topocoro en Santander, Colombia

Abstract

RESUMEN: la contaminación antropogénica y el cambio climático global han ocasionado condiciones ambientales favorables para el aumento de la frecuencia y duración de las floraciones de cianobacterias en los sistemas acuáticos. Las cianobacterias tienen la capacidad de producir metabolitos tóxicos denominados cianotoxinas, que se han convertido en una preocupación a nivel mundial por representar una amenaza para la salud humana y animal. En este trabajo se evaluó la presencia de cianobacterias y cuatro cianotoxinas en el embalse tropical de agua dulce Topocoro en Santander, Colombia. Para ello se monitoreó el embalse durante un año entre junio de 2017 y marzo de 2018, con campañas de muestreo cada tres meses en siete estaciones, en las que se recolectaron muestras de agua para analizar en el laboratorio la concentración de nutrientes, cianotoxinas y cianobacterias. Para la identificación y cuantificación de cianotoxinas se utilizó la técnica de cromatografía liquida de ultra alto rendimiento acoplada a espectrometría de masas triple cuadrupolo (UHPLC-QqQ-MS/MS), y la cuantificación de cianobacterias se hizo por medio del gen 16S rARN por la técnica reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa (qPCR). Además, se realizó una caracterización de la composición de la comunidad bacteriana en dos estaciones del embalse mediante secuenciación de nueva generación (NGS), con el fin de identificar la presencia de géneros de cianobacterias potencialmente tóxicos. Se obtuvieron concentraciones de cianobacterias en un rango entre 4.02(±0.18) × 10^4 y 2.72(±0.28) × 10^7 copias de Cyan 16S/μL, donde el valor mínimo corresponde a la estación ubicada en la zona central y, el máximo a la estación localizada en el ingreso de uno de los ríos tributarios al embalse. Se detectó la presencia de microcistina-RR, microcistina-LR, microcistina-YR y nodularina en al menos seis de las siete estaciones de muestreo en distintas épocas del año. En todos los casos la concentración de las toxinas detectadas se encontró por debajo de 0.05 μg/L, por lo que no se excedió el valor guía establecido por la Organización Mundial de la Salud para microcistina-LR. Se identificaron 1652 variantes de secuencia de amplicones (ASVs) bacterianos correspondientes a 20 filos, 48 clases, 106 órdenes, 174 familias y 287 géneros. El filo Proteobacteria tuvo la mayor abundancia relativa, seguido de Cianobacteria y Bacteroidetes. Se identificaron 4 géneros de cianobacterias potencialmente tóxicas: Cyanobium PCC-6307, Merismopedia 0BB39S01, Microcystis PCC-7914 y Chrysosporum KA1.1; destacando la importancia de monitorear la presencia de cianobacterias y cianotoxinas en el agua considerando el riesgo asociado a su exposición a través de los usos previstos del embalse.

ABSTRACT: Anthropogenic pollution and global climate change have resulted in favorable environmental conditions for increased frequency and duration of cyanobacterial blooms in aquatic systems. Cyanobacteria can produce toxic metabolites called cyanotoxins, which have become a global concern as they pose a threat to human and animal health. In this work, the presence of cyanobacteria and four cyanotoxins was evaluated in the tropical freshwater reservoir Topocoro in Santander, Colombia. The reservoir was monitored for a year between June 2017 and March 2018, with sampling campaigns every three months in seven stations, in which water samples were collected to analyze the concentration of nutrients, cyanotoxins and cyanobacteria. For the identification and quantification of cyanotoxins, the Ultra-High-Performance Liquid Chromatography coupled with triple Quadrupole Mass Spectrometry (UHPLC-QqQ-MS/MS) technique was used, and the quantification of cyanobacteria was done by a quantitative real-time PCR (qPCR) assay using a cyanobacterialspecific 16S rRNA gene fragment as a target. In addition, a characterization of the composition of the bacterial community was carried out in two stations of the reservoir using new generation sequencing (NGS), to identify the presence of potentially toxic cyanobacterial genera. Cyanobacteria concentrations were obtained in a range between 4.02(±0.18) × 10^4 y 2.72(±0.28) × 10^7 copies of Cyan 16S/μL, where the minimum value corresponds to the station located in the central zone and the maximum to the station located at the entrance of one of the tributary rivers to the reservoir. The presence of microcystin-RR, microcystin-LR, microcystin-YR and nodularin was detected in at least six of the seven sampling stations at different times of the year. In all cases, the concentration of the toxins detected was below 0.05 μg/L, and so the guideline value established by the World Health Organization for microcystin-LR was not exceeded. 1652 bacterial amplicon sequence variants (ASVs) corresponding to 20 phyla, 48 classes, 106 orders, 174 families and 287 genera were identified. The phylum Proteobacteria had the highest relative abundance, followed by Cyanobacteria and Bacteroidetes. Four potentially toxic cyanobacterial genera were identified: Cyanobium PCC-6307, Merismopedia 0BB39S01, Microcystis PCC-7914 y Chrysosporum KA1.1; highlighting the importance of monitoring the presence of cyanobacteria and cyanotoxins in the water considering the risk associated with their exposure to through the intended uses of the reservoir.