La desastrosa temporada 2015-16 del cangrejo Dungeness, retrasado y acortado por una floración sin precedentes de algas tóxicas, es un recuerdo amargo para la industria pesquera de la costa oeste. El culpable fue el ácido domoico, una potente neurotoxina producida por algas marinas y descubierta en 1987 como la causa de la intoxicación amnésica por mariscos.

Los científicos de la UC Santa Cruz han logrado un progreso sustancial en la comprensión y predicción de las condiciones que conducen a grandes floraciones de las algas productoras de toxinas (diatomeas llamadas Pseudo-nitzschia ). Pero un aspecto de estas floraciones de algas tóxicas, que afectan a la vida silvestre, así como a las pesquerías de importancia económica, sigue siendo un misterio:¿cómo las algas producen ácido domoico y qué desencadena su producción?

Marilou Sison-Mangus, profesor asistente de ciencias oceánicas en UC Santa Cruz, explica que las algas no siempre producen la toxina. "Hay floraciones de Pseudo-nitzschia cada primavera y verano a lo largo de la costa de California, pero la toxicidad varía mucho, ", dice." Para la industria pesquera, esta toxina puede tener un gran impacto, por eso queremos entender los mecanismos detrás de su producción. Es una pregunta de hace 30 años ".

Una nueva subvención del Programa de Ecología y Oceanografía de Floraciones de Algas Nocivas (ECOHAB) de la NOAA financiará un proyecto de investigación dirigido por Sison-Mangus para responder esa pregunta. Sus co-investigadores en este proyecto interdisciplinario incluyen al profesor de química Phil Crews y al estadístico Juhee Lee, profesor asistente de matemática aplicada y estadística. La subvención de la NOAA proporciona $ 130, 000 por año durante tres años, pero solo se garantiza el primer año de financiación. El financiamiento para los años siguientes depende de la disponibilidad de asignaciones futuras de la NOAA.

El laboratorio de Sison-Mangus en UC Santa Cruz ha estado investigando el papel de las bacterias en la producción de ácido domoico por las algas. Resulta que Pseudo-nitzschia en sí mismo no tiene todos los genes necesarios para sintetizar la toxina.

"Creemos que uno de los precursores necesarios para la síntesis de ácido domoico es producido por bacterias, ", Dijo Sison-Mangus." Si ese es el caso, es posible que podamos utilizar la presencia de la bacteria como marcador para predecir la toxicidad de las algas ".

Experimentos previos de Sison-Mangus y otros han demostrado que cultivos libres de bacterias de Pseudo-nitzschia no pueden producir ácido domoico, mientras que la adición de bacterias a los cultivos restaura la producción de toxinas. Ella ha encontrado que las bacterias marinas en el filo Bacteroidetes, solo o en combinación con otras bacterias, inducen consistentemente un gran aumento en la producción de ácido domoico en cultivos de tres especies diferentes de Pseudo-nitzschia.

Sison-Mangus también ha monitoreado la proliferación de algas en la Bahía de Monterey y ha encontrado una estrecha correlación entre los niveles de ácido domoico y la presencia de bacterias Bacteroidetes en asociación con Pseudo-nitzschia. Las imágenes de microscopio electrónico muestran las bacterias que viven en la superficie exterior de las células de las algas.

"Sabemos que estas bacterias están asociadas con las floraciones tóxicas del océano, y sabemos que provocan un aumento de la toxicidad en el laboratorio, pero no conocemos los mecanismos de producción de toxinas, "Dijo Sison-Mangus.

Una parte del nuevo proyecto de investigación se centrará en desentrañar los detalles de cómo las algas y las bacterias interactúan para producir ácido domoico. Otra parte del proyecto utilizará datos de monitoreo de la Bahía de Monterey para evaluar cómo esta interacción encaja en el contexto más amplio de los muchos factores físicos y ambientales. como la temperatura del agua y los niveles de nutrientes, también conocido por influir en la proliferación de algas tóxicas.

Clasificando los efectos de múltiples factores, todo variando simultáneamente en un sistema complejo, es un desafío. Pero esta es el área de especialización de Juhee Lee, y ha desarrollado un enfoque de modelado estadístico bayesiano que ayudará a los investigadores a comprender cómo interactúan todos estos factores para influir en el desarrollo de una floración de algas tóxicas.