Caracterização de Geitlerinema UFV-E01 (Cyanobacteria) e Stigeoclonium UFV- E02 (Chlorophyta) cultivadas em presença de arsênio

Abstract

As cianobactérias e algas são organismos encontrados, abundantemente, em ambientes aquáticos, onde atuam como produtores primários transferindo energia para os diferentes níveis tróficos. A ocorrência de substâncias tóxicas ou xenobióticas tem sido uma ameça constante nos ecossistemas aquáticos. Tais substâncias podem causar efeitos tóxicos sobre diferentes grupos de cianobactérias e algas afetando em nível celular, de população e comunidade, causando prejuízos a cadeia trófica, nestes ambientes. O arsênio (As) é um elemento tóxico freqüentemente associado com depósitos de ouro. Através da mineração, o As é trazido à superfície pelo processo de drenagem ácida sendo, posteriormente, lixiviado e contaminando os corpos d água. Estudos evidenciam que cianobactérias e algas podem acumular As intracelularmente, sendo capazes de biotransformar as formas tóxicas em formas não tóxicas. A utilização destes processos permite a utilização destes organismos como biorremediadores na descontaminação de ambientes aquáticos contaminados pelo As. Com o objetivo de caracterizar os gêneros Geitlerinema UFV-E01 e Stigeoclonium UFV- E02, cultivados na presença de As, foram conduzidos, em laboratório, estudos sobre o crescimento, a absorção e a toxicidade do As. Para a caracterização foram utilizados como parâmetros à alteração morfológica, a produção de biomassa, para ambos os gêneros. A detecção do gene smtA que codifica a proteína metalotioneína (técnica de PCR), foi feita apenas em Geitlerinema UFV-E01. Os resultados mostraram que a absorção de As, em Geitlerinema UFV-E01, foi maior em células cultivadas em meio BG-11 B, com baixa concentração de fosfato (6,5 μmol.mL -1 ). A absorção de As foi proporcional às concentrações crescentes do elemento no meio de cultivo, atingindo o pico máximo de absorção em 24 horas de exposição (665,25 μg As.g -1 ms para células cultivadas em meio BG-11 A e 1.290,32 μg de As.g -1 ms, para células cultivadas em meio BG-11 B), sendo observado uma queda em 48 horas de exposição (500,00 μg As.g -1 ms para células cultivadas em meio BG-11 A, com 17,5 μmol.mL -1 de fosfato, e 810,00 μg de As.g -1 ms para células cultivadas em meio BG-11 B). As células de Geitlerinema UFV-E01 não apresentaram alterações morfológicas e não houve redução na produção de biomassa. Entretanto, foi observada a presença de grânulos densos no citoplasma das células. Os resultados obtidos, por meio da técnica de PCR, mostraram que Geitlerinema UFV-E01 não possui o gene smtA que codifica a proteína metalotioneína, sugerindo que a cianobactéria não utiliza esta estratégia nos processos de detoxificação celular. A absorção de As pelas células de Stigeoclonium UFV-E02, não foram influenciadas pelas concentrações de fosfato no meio BG-11 líquido. A absorção máxima de As ocorreu em 24 horas de exposição (1.300 μg As.g - ms) e foi mantida constante em 48 horas de exposição. Entretanto, em Stigeoclonium UFV- E02, houve redução na produção de biomassa e, também, alterações morfológicas nos filamentos caracterizados pelo aparecimento de células estreitas e longas, com cloroplastos deformados e de tamanho reduzido quando comparado com células sadias (controle).

Cianobacteria and algae are important primary producers in aquatic ecosystems and their energy is transferred throughout the different levels of the environmental trophic chain. The presence of xenobiotic or toxic elements has been a constant threat to aquatic ecosystems. These elements can cause considerable negative effects on microorganisms, since it can affect their different organization levels and consequently impairing the whole trophic chain. The arsenic (As) is a potential toxic element frequently associated with gold deposits. It can be brought to the surface by the gold mining activity, alongside the acid drainage and latter lixiviated, causing water bodies contamination. Previous study has shown that cianobacteria and algae can accumulated toxic As within the cells and sometimes transforming it into a non toxic form. Such trait can be useful for bioremediation purpose, by using these organisms on As decontamination of aquatic environments. In order to assess the bioremediator potential of Geitlerinema UFV-E01 (Cyanobacteria) and Stigeoclonium UFV-02 genera, absorption and toxicity tests were carried out on selected lineages, cultivated in presence of As, under laboratory conditions. The morphological alterations and biomass production were used as evaluation parameters to portray the two genera in relation to As presence. The identification of the smtA gene, which codifies the metallotioneina, was performed on the Geitlerinema UFV-E01 genus by PCR technique. The results indicated that the As absorption by Geitlerinema UFV-E01 cells was greater when they were cultivated in low phosphorus content (6,5 μmomL -1 ) BG-11 medium. The As absorption was proportional to the increase on the element content in culture medium, reaching the maximum after 24 hours of exposure either in the BG-11A medium (665,25 μg As.g -1 ms in BG-11 A and 1.290,32 μg As.g -1 ms in medium BG-11 B). After 48 hours of exposure to As, it was observed a decrease in the amount of element in the cells on both mediums tested, (500,00 μg As.g -1 ms in medium BG- 11 A with 17,5 μmol.mL -1 of fosfato, and 810,00 μg de As.g -1 ms in medium BG-11 B).The G. cells did not shown any signs of morphological alteration or biomass production decay in any of the culture medium tested. Nevertheless, dense corpuscles were observed in the cytoplasm of the cells cultivated. The PCR results revealed that the Geitlerinema UFV-E01 genus does not have the SmtA gene, suggesting that this cianobacteria can be using other mechanism for As detoxification. As detoxification by S. cells was not influenced by the phosphate concentration in the BG-11 medium. The maximum As absorption took place after 24 hours of exposure (1,300μg As.g -1 ms) and stayed constant for 48 hours. It was observed that Stigeoclonium UFV-02 genus had a decrease in the production of biomass and morphological alterations. The filaments shown longer and striated cells, containing smaller and deformed chloroplasts when compared to the control material.