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Déchiffrer le groupe de gènes biosynthétiques d'une puissante toxine d'eau douce


Des scientifiques de la Scripps Establishment of Oceanography de l’Université de Californie à San Diego, de l’Université de São Paulo et de l’UC Santa Cruz ont collaboré pour découvrir et valider les enzymes responsables de la generation de l’une des neurotoxines les additionally toxiques et à action rapide associées aux proliférations d’algues nocives d’eau douce dans les lacs et les étangs.

L’équipe a combiné des études génétiques et biochimiques pour montrer comment les cyanobactéries d’eau douce produisent la puissante neurotoxine appelée guanitoxine. Cette découverte a révélé que les cyanobactéries productrices de guanitoxines sont additionally répandues qu’on ne le savait à l’origine aux États-Unis, ouvrant la possibilité à de nouveaux tests de diagnostic moléculaire pour mieux informer et protéger le public de cette toxine naturelle d’eau douce.

L’article “montre également que la guanitoxine est produite dans des masses d’eau douce qui ont subi des événements très toxiques dans le passé”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Stella Lima, ancienne doctorante à l’Université de São Paulo et chercheuse invitée à Scripps Oceanography.



La guanitoxine est l’une des neurotoxines les as well as puissantes fabriquées par les cyanobactéries qui ont en fait un mécanisme d’action similaire aux pesticides et aux agents de guerre chimique, a déclaré Timothy Fallon, chercheur postdoctoral Scripps au laboratoire du biologiste chimique marin Scripps Bradley Moore. où Lima était un chercheur invité.

Les proliférations d’algues nuisibles (HAB) se forment dans les lacs et les étangs lorsque les cyanobactéries, autrement connues sous le nom d’algues bleu-vert, deviennent abondantes. Ces HAB d’eau douce produisent différentes cyanotoxines, qui peuvent nuire aux animaux et aux personnes à proximité. Selon la cyanotoxine impliquée, les personnes exposées présentent des symptômes tels que des douleurs à l’estomac, des maux de tête, des vomissements, des lésions hépatiques ou des problems neurologiques, selon les responsables fédéraux de la santé. Au fil des ans, de nombreuses régions ont déclaré des circumstances d’urgence et émis des avis de « ne pas boire ». Des décès d’animaux domestiques et d’animaux ont également été signalés après que les animaux sont entrés en speak to avec de l’eau contaminée.



Les HAB d’eau douce peuvent causer une myriade de problèmes sociaux et économiques pour les communautés et constituent un problème de santé publique problématique, a déclaré Lima. Les assessments et la surveillance de certaines cyanotoxines, telles que la microcystine, la cylindrospermopsine, la saxitoxine et l’anatoxine-a, sont effectués parce que des méthodes sont disponibles pour le faire, mais malgré le fait que la guanitoxine est la deuxième cyanotoxine la in addition toxique, « personne ne la recherche » parce que le les bonnes méthodes ne sont pas disponibles pour la détection et la surveillance, a ajouté Lima.

En tant que doctorante en 2016, Lima a découvert un ensemble de gènes qu’elle soupçonnait d’être responsable de la fabrication de guanitoxine par une cyanobactérie isolée d’une grande prolifération d’eau douce au Brésil. La souche a été isolée du réservoir de Tapacurá à Pernambuco, au Brésil, et a été entretenue et cultivée par Marli Fiore, ancienne conseillère doctorale de Lima et co-auteur de l’étude.

Après cette découverte, Lima a cherché un partenariat pour confirmer ses soupçons. Ainsi, en 2018, elle s’est rendue à l’UC San Diego pour travailler avec Moore, qui avait établi les premières études biochimiques sur la guanitoxine au début des années 1990. L’équipe de scientifiques a travaillé ensemble pour établir les fonctions précises des neuf enzymes qui convertissent un acide aminé ordinaire en neurotoxine, a déclaré Lima.

Après avoir découvert les gènes impliqués dans la output de guanitoxine et soigneusement validé leurs fonctions, les chercheurs ont recherché dans des milliers d’échantillons de données environnementales accessibles au general public les gènes de biosynthèse de la guanitoxine.

Les chercheurs ont pu détecter des gènes de toxine pour la guanitoxine dans des factors chauds environnementaux aux États-Unis dans des zones peuplées, a déclaré Moore, co-auteur correspondant de l’étude. Les deux zones préoccupantes, où les gènes de toxine ont été régulièrement détectés pour la guanitoxine, se trouvaient dans le lac Érié près de Toledo, Ohio et dans le lac Mendota, Wisconsin. D’autres zones de détection comprennent le fleuve Amazone au Brésil, te fleuve Columbia dans l’Oregon et le fleuve Delaware dans le Delaware.

“Nous avons trouvé ces gènes dans de nombreuses sources d’eau douce différentes, mais personne n’a recherché ou surveillé cette toxine particulière dans l’environnement”, a déclaré Shaun McKinnie, professeur adjoint de chimie et de biochimie à l’UC Santa Cruz et ancien chercheur postdoctoral au Moore Lab, qui ont contribué à l’étude.

“Voici ce potentiel neurotoxique dans ces lacs que les gens utilisent à des fins récréatives, mais cette toxine est passée inaperçue jusqu’à nos travaux”, a déclaré Fallon.

Moore a déclaré que les travaux de suivi devraient inclure des travaux sur le terrain pour détecter d’autres zones où la guanitoxine pourrait être produite.

Les efflorescences cyanobactériennes sont de in addition en plus répandues aux États-Unis et dans le monde, principalement en raison du changement climatique et de l’introduction d’engrais et d’autres produits chimiques liés à l’agriculture dans les programs d’eau.

Alors que les HAB peuvent être visibles à la surface area des ideas d’eau douce, l’Agence fédérale de protection de l’environnement (EPA) déclare que “les cyanotoxines peuvent être présentes avant et après que les efflorescences soient visibles. Par conséquent, il est recommandé que les niveaux de cyanotoxines soient confirmés par des exams en laboratoire de l’eau. ”

“Maintenant que nous avons compris la voie de la guanitoxine au niveau génomique, nous pouvons également donner des informations supplémentaires pour dire  : “Ceci est un program d’eau sûr, ou c’est un system d’eau moins sûr  Est-ce que cela a la capacité de devenir toxique et pouvons-nous prédire les événements toxiques? “, A déclaré McKinnie.

Les chercheurs ont déposé une demande de brevet provisoire basée sur le thought d’utilisation des séquences de gènes biosynthétiques de guanitoxine qu’ils ont identifiées en laboratoire et d’application de diagnostics moléculaires utilisant ces séquences pour trouver les gènes dans l’environnement.

En in addition de Lima, Fallon, Moore, Fiore et McKinnie, d’autres co-auteurs de l’étude incluent Endrews Delbaje, Ernani Pinto et Felipe Dörr de l’Université de São Paulo Hanna Luhavaya, ancienne scientifique du Moore Lab Steffaney Wooden, actuellement étudiant au doctorat Scripps Oceanography les chercheurs de l’UC Santa Cruz Jennifer Cordoza, Austin Hopiavuori et Jackson Baumgartner Jonathon Chekan de l’Université de Caroline du Nord à Greensboro  Danillo Alvarenga de l’Université de Copenhague et Augusto Etchegaray de l’Université catholique pontificale de Campinas au Brésil.

L’étude a été financée par l’Institut countrywide des sciences de la santé environnementale, la Fondation de recherche de Sao Paulo et le Conseil national pour le développement scientifique et technologique. Les autres financements provenaient de la bourse de la Simons Basis de la Lifetime Sciences Analysis Foundation l’Agence fédérale brésilienne pour le soutien à l’évaluation de l’enseignement supérieur financement de démarrage et une bourse de recherche de la faculté de l’UC Santa Cruz.