Un equipo internacional de científicos ha identificado los genes y la ruta biosintética que permiten que ciertos tipos de cianobacterias que se encuentran en ambientes de agua dulce produzcan una potente neurotoxina llamada guanitoxina.

Las floraciones de algas nocivas, que a menudo involucran cianobacterias productoras de toxinas (anteriormente conocidas como algas verdeazuladas), están afectando a lagos, ríos y otras masas de agua dulce en todo el mundo con una frecuencia cada vez mayor. Los programas de monitoreo ambiental pueden detectar la mayoría de las toxinas de cianobacterias, pero la química inusual de la guanitoxina la hace incompatible con los métodos de detección estándar.

Comprender la base genética de la biosíntesis de guanitoxina significa que las tecnologías de diagnóstico molecular ahora se pueden usar para el monitoreo ambiental para detectar la presencia de cianobacterias productoras de guanitoxina.

Los nuevos hallazgos, publicados el 18 de mayo en Journal of the American Chemical Society , incluyen pruebas de que es probable que la guanitoxina esté presente en muchos lagos y embalses de América del Norte y del Sur. La guanitoxina tiene el mismo mecanismo de acción que el agente nervioso sarín y el pesticida prohibido paratión, lo que provoca una toxicidad neurológica aguda que puede provocar una muerte rápida. La exposición a él se ha asociado con la muerte de animales salvajes y domésticos.

"Ahora que hemos encontrado los genes y los hemos relacionado bioquímicamente con la producción de guanitoxina, esperamos poder usar tecnologías de detección basadas en PCR para predecir la toxicidad futura y monitorear ambientalmente esta toxina", dijo Shaun McKinnie, profesor asistente de química. y bioquímica en UC Santa Cruz y uno de los tres autores correspondientes del artículo.

Los otros autores correspondientes son Marli Fiore de la Universidad de São Paolo, Brasil, y Bradley Moore del Instituto Scripps de Oceanografía de la UC San Diego. El laboratorio de Fiore aisló una cepa de cianobacteria productora de guanitoxina hace casi 20 años en el embalse de Tapacurá, en el este de Brasil. Después de secuenciar el genoma de la cepa, los investigadores brasileños, dirigidos por Stella Lima, entonces estudiante de posgrado en el laboratorio de Fiore, encontraron un grupo de genes que sospechaban estaban involucrados en la producción de guanitoxina.

Lima, quien es el primer autor del nuevo artículo, fue a UC San Diego en 2018 para trabajar con Moore, quien había realizado los primeros estudios bioquímicos de guanitoxina en la década de 1990. McKinnie se involucró en el proyecto como investigador postdoctoral en el laboratorio de Moore. Cuando se mudó a UC Santa Cruz en 2019, su laboratorio continuó trabajando en la vía biosintética de guanitoxina en colaboración con los otros dos laboratorios. La estudiante de posgrado Jennifer Cordoza lideró el esfuerzo en UC Santa Cruz.

"Todo el laboratorio ayudó a contribuir a esta historia, sin embargo, Jenny realmente lo siguió y validó más de la mitad del camino ella misma durante el primer año de su doctorado", dijo McKinnie. "Ya hemos identificado las nueve enzimas involucradas en cómo este organismo toma el aminoácido arginina y lo convierte en una toxina especializada".

Los investigadores confirmaron sus hallazgos al reconstituir la vía biosintética de la guanitoxina "in vitro" (en el tubo de ensayo, sin cianobacterias).

También buscaron los genes de la toxina en conjuntos de datos disponibles de secuenciación ambiental sin procesar. La búsqueda indicó que las cianobacterias productoras de guanitoxina están presentes en una amplia gama de lugares, incluido el lago Erie, cerca de Toledo, Ohio; el lago Mendota en Wisconsin; el río Columbia en Oregón; el río Delaware en Delaware; y varios sitios en Brasil.

"Encontramos estos genes en una variedad de diferentes fuentes de agua dulce, pero nadie ha buscado ni monitoreado ambientalmente esta toxina en particular", dijo McKinnie.

Explicó que la detección directa de guanitoxina requeriría un procedimiento analítico diferente de los métodos estándar utilizados en el control ambiental de toxinas. Las tecnologías de diagnóstico molecular como la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) ofrecen una alternativa eficaz para identificar muestras que tienen el potencial de ser tóxicas debido a la guanitoxina.

"Encontrar los genes en una muestra podría justificar un procedimiento más complejo para detectar directamente la guanitoxina", dijo McKinnie.

Los investigadores han presentado una solicitud de patente provisional basada en el concepto de usar las secuencias de genes biosintéticos de guanitoxina que identificaron en el laboratorio y aplicar diagnósticos moleculares usando esas secuencias para encontrar los genes en el medio ambiente. + Explora más

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