Bioindicadores
y biosensorespara
monitorizar
la calidad
de las
agua
fluviales
Pilar Mateo Ortega
Departamento de Biología. Facultad de Ciencias.Universidad Autónoma de Madrid
Programa MICROAMBIENTE
Contaminación aguas fluviales
Deterioro de ecosistemas
Creciente importancia calidad ecológica del agua
DMA: incorpora parámetros biológicos
Utilización de organismos
para detectar procesos de
contaminación
Uso de CIANOBACTERIAS como bioindicadores y
biosensores de la calidad del agua
Estudios de seguimiento:
BIOMONITORIZACIÓN
•CIANOBACTERIAS
•
Las Cianobacterias se encuentran en todo tipo de ambientes: sistemas acuáticos, terrestres, incluso extremos (desiertos, fuentes termales,etc..)
•
Las
Cianobacterias son un tipo de bacterias que presentan características metabólicas semejantes a plantas y a algas cianofíceas o algas verde-
azuladas.
•
Son organismos que muestran gran diversidad morfológica
(unicelulares o
formando filamentos, presentando muchas veces crecimientos macroscópicos (colonias)
¿Porqué las Cianobacterias?Son abundantes ennuestros ríos
Presentan características morfológicas indicadoras
Fáciles de recoger
Dominantes en determinados ríos
Productores primariosen la base de las cadenas tróficas
MÉTODOS BIOLÓGICOS
MÉTODOS FÍSICO-QUÍMICOS
Precisos, cuantifican los contaminantes del agua
Límite de detección
Efectos sinérgicoso antagónicos Biodisponibilidad
Contaminantes clave
Alto coste
Efecto acumulativo
Biomagnificación
Integradores
Detección contaminaciónintermitente
Cianobacterias como bioindicadores Metodologia
Recogida de dos tipos de muestras
aguapiedras
Medida in situ de parámetros físico-químicos
Raspado del biofilm
Análisis Biológico
fluorescencia
Cultivos
de laboratorio
Muestras
de campo fijadas
Calidad de las aguas en los ríos estudiados
Río Guadalix
Arroyo Tejada
Río Guadarrama
RíoAlberche
Río Jarama
MADRID
Efecto de la contaminación sobre la diversidad de cianobacterias
Río Alberche
Cianobacterias BioindicadorasCianobacterias Bioindicadoras
••Especies caracterEspecies caracteríísticassticasde aguas limpiasde aguas limpias: : e.g. e.g. RivulariaRivularia biasolettianabiasolettiana, , CalothrixCalothrix elenkinii,elenkinii,TolypothrixTolypothrix penicillatapenicillata, , NostocNostoc verrucosumverrucosum, , ChamaesiphonChamaesiphon polonicuspolonicus
••Especies TolerantesEspecies Tolerantese.g. e.g. AphanocapsaAphanocapsa muscicolamuscicola LeptolyngbyaLeptolyngbya gracillimagracillima,,LeptolyngbyaLeptolyngbya nostocorumnostocorum
*Especies *Especies caracteristicascaracteristicas de aguas contaminadasde aguas contaminadase.g. e.g. OscillatoriaOscillatoria limosa, limosa, PhormidiumPhormidium autumnaleautumnale, , SynechococcusSynechococcus elongatuselongatus
A.muscicola
P. autumnale
R. biasolettiana
T.penicillata
Estudio de la diversidad de las comunidades de cianobacterias mediante
técnicas moleculares
Los diferentes genes de 16S rDNA
presentes en una comunidad se separarán mediante TGGE, con lo que obtendremos un patrón o perfil de bandas característico de la comunidad que constituirá
su “huella genética”.
Raspado del biofilm ADN de la comunidad
Mezcla de genes 16s rRNA
Patrón de bandas de la comunidad
Extracción de ADN
Separación por TGGE
Imágenes originales
Río Guadarrama
Análisis digital-ordenador
Punto 1= punto de cabeceraPuntos 2-3= puntos contaminados
¿QUÉ
ES UN BIOSENSOR?
BIOSENSORES LUMINISCENTES
*Se basan en el empleo de microorganismos que muestranluminiscencia de forma natural (genes lux lux luciferasa)
Inhibición actividad celular Disminución luminiscencia
Tóxico/contaminante
(ej. Microtox®
)
BIOSENSORES DE CONTAMINANTES TIPO “LIGHTS OFF”
Bacteria Pseudomonas fluorescens modificada
geneticamente
para
queexprese
el operón
lux
de forma constitutiva
(cepa
autoluminiscente).
Inhibición
de la autoluminiscencia
de las
bacterias
en respuestaa concentraciones
crecientes
de una
toxina.
Biosensores autoluminiscentes
basados en cianobacterias
Anabaena autoluminiscenteautoluminiscente (( integración operón luxlux completo (luxCDABE)
( Microtox®
bacteria marina)
Organismo modelo: Cianobacteria de agua dulce Anabaena sp. PCC7120
Bioreporter EC50 (mg/l)
Cu Zn Cd
Anabaena sp. CPB4337 (luxCDABE)1 0.03 0.10 0.16
Synechocystis sp. PCC6803 (luc)a2 0.24 0.88 -
E. coli HB101 (luxCDABE)a2 1.40 0.15 -
Pseudomonas fluorescens 8866 (luxCDABE)b2 0.30 0.10 -
Pseudomonas putida F1(luxCDABE)b2 0.17 0.04 -
Pseudomonas fluorescens 10586s pUCD607c2 (luxCDABE)c1 0.09 0.09 0.17
Pseudomonas fluorescens 10586s FAC510c2 2dddddd(luxABE)c1 0.76 0.89 0.98
Rhizobium trifolii TA1 Tn5luxABc1 0.78 0.48 2.14
Photobacterium phosphoreum 844c2 2.34 3.45 -
Microtox®c2 1.89 2.35 9.78
Microtox®d3 8.00 2.50 -
Rhizobium trifolii F6 pUCD607 (luxCDABE)e2 0.42 0.94 0.06
ToxScreen®f4 0.02 0.60 0.06
Janthinobacterium lividum YH9-RC (luxAB)g1 10.50 1.30 1.10
Más sensible que Microtox®
y otros
biosensores basados en bacterias heterotróficas
Respuesta frente a metales pesados
Anabaena
inmovilizada en agar
Perspectivas futurasDesarrollo y utilización de técnicas moleculares
(huella genética), taxonómicas y fisiológicas para el estudio de la biodiversidad de cianobacterias y de su papel como bioindicadoras de la calidad de las aguas fluviales
Desarrollo y utilización de cianobacterias como biosensores autoluminiscentes
para
monitorizar contaminantes biodisponibles
en ríos.