Caracterização molecular de cianobactérias de sistemas aquáticos portugueses

Abstract

As alterações climáticas favorecem a ocorrência global de episódios de precipitação e seca extremas, colocando em risco a qualidade da água em sistemas aquáticos usados consumo humano ou recreação. O fenómeno de seca, em particular, será mais frequente e severo, alterando toda a hidrodinâmica dos sistemas aquáticos e, consequentemente, a ecologia das comunidades aquáticas. A ocorrência de blooms de cianobactérias intensificarse- á sob este novo cenário climático. Em Portugal, estudos parcelares em rios e barragens têm sido realizados com enfoque em cianobactérias tóxicas e outras bactérias patogénicas, mas não há trabalhos publicados acerca da composição da comunidade bacteriana (CCB). O presente trabalho pretende colmatar esta falha, com particular atenção para a ocorrência de blooms cianobacterianos, em vários sistemas aquáticos portugueses lóticos e lênticos. Este objectivo foi alcançado utilizando metodologias moleculares, como a técnica rDNA 16S-DGGE (Denaturing Gradient Gel Electrophoresis), independente do cultivo, e a sequenciação. Dados ambientais foram também determinados para correlacionar com as variações sazonais ou espaciais da diversidade da CCB. O impacto da seca na distribuição espacial da CCB foi também investigado. A lagoa da Vela é um caso de estudo especial, devido à vasta documentação sobre a ocorrência de blooms de cianobactérias durante os últimos anos, e várias estirpes isoladas de blooms foram estudadas em mais detalhe. Os resultados mostraram, em geral, perfis de DGGE típicos de verão vs. inverno nos sistemas aquáticos estudados. Nos sistemas lênticos, os filótipos dominantes afiliaram com Cyanobacteria (formas unicelulares, coloniais e filamentosas), eucariotas fototróficos e Actinobacteria, enquanto nos rios, Bacteroidetes e Betaproteobacteria foram dominantes. Nos sistemas lênticos, os factores mais significativos para a sazonalidade da CCB incluíram a temperatura da água, a condutividade e a clorofila a, apesar da variação extrema dos níveis de precipitação, sugerindo que a BCC poderá resistir a mudanças severas causadas pela seca. Nos rios, a sazonalidade da CCB foi principalmente definida pela temperatura e os níveis de amónia. No verão seco de 2005, as barragens do Alentejo (Sul de Portugal) mostraram similaridade na CCB, com filótipos comuns de Cyanobacteria, Actinobacteria e Alphaproteobacteria. No entanto, os perfis de DGGE sugerem filótipos ubíquos em sistemas portugueses geograficamente distantes. Na Lagoa da Vela, a seca conduziu à redução drástica do nível da água e à variação na diversidade espacial da CCB (e cianobactérias dominantes) e potencial tóxico, o que pode ter impacto directo nos utilizadores da lagoa. Os resultados também mostraram a presença de estirpes tóxicas de Microcystis na lagoa e um bloom não clonal de estirpes de Aphanizomenon aphanizomenoides, com diferentes morfótipos, genótipos e ecótipos.

Global climatic changes are increasing the occurrence of extreme precipitation or drought episodes worldwide and putting at risk the water quality in freshwater bodies used for drinking water supply or recreation. Phenomena such as droughts will become more frequent and severe, changing the all hydrodynamics of water bodies and, ultimately, the ecology of aquatic communities. Cyanobacterial blooms are expected to become more frequent under these new climatic scenarios. In Portugal, parceled studies on rivers and reservoirs have been made targeting toxic cyanobacteria and other bacterial pathogens but no investigation has been conducted on the bacterial community composition (BCC). The present work intends to fulfill this gap, with a particular focus on cyanobacterial blooms occurrence, for several Portuguese lotic and lentic freshwater bodies. This was achieved by using molecular approaches such as the culture-independent methodology 16S rDNA-DGGE (Denaturing Gradient Gel Electrophoresis) and sequencing. Environmental data were also determined for correlation with shifts in the seasonal or spatial BCC diversity. The impact of drought in spatial distribution of BCC was also investigated. Vela Lake is a special case-study due to the vast documented occurrence of cyanobacterial blooms over the past decades and several bloom-forming cyanobacterial strains were studied in more detail. Results showed that, in general, there could be established typical winter vs. summer DGGE profiles in every studied water body but the BCC differed and the occurrence of cyanobacterial blooms was related to lentic conditions. In lentic water bodies, dominant phylotypes affiliated with Cyanobacteria (unicellular, colonial and filamentous forms), phototrophic eukaryotes and Actinobacteria, whereas in riverine systems BCC showed to be dominated by Bacteroidetes and Betaproteobacteria. In lentic systems, the most significant factors behind the BCC seasonality included water temperature, conductivity and chlorophyll a, in spite of the severe variation of precipitation levels throughout the study period, which suggests BCC may resist severe shifts caused by drought. In riverine systems, BCC seasonality was mostly defined by water temperature and ammonium levels. Under a drought scenario, in summer 2005, a clear segregation of Alentejo (Southern Portugal) reservoirs was observed, where the BCC was dominated by Cyanobacteria, but also Actinobacteria and Alphaproteobacteria, and common phylotypes were recorded. Nevertheless, DGGE patterns suggest there may be ubiquitous phylotypes throughout geographically distant Portuguese water bodies. At the shallow Vela Lake, drought led to a drastic reduction in the water level and spatial differences in the BCC (and dominant bloom-forming cyanobacteria) and in the toxinproducing potential were recorded; this may have direct impact on the health of the lake users. Results also reported toxic Microcystis strains at Vela Lake and a non-clonal bloom of the invasive Aphanizomenon aphanizomenoides, showing different morphotype, genotypes and ecotypes.