Caracterización de dinoflagelados y diatomeas marinos nocivos toxígenos y no toxígenos procedentes de aguas costeras de la provincia de Buenos Aires (Argentina)

Abstract

El fitoplancton eucariota marino abarca a más de 5000 especies de organismos microscópicos, las microalgas, que representan en conjunto casi la mitad de la producción primaria realizada por fotosíntesis en todo el mundo y constituyen un eslabón fundamental en la base de las redes tróficas marinas. Ciertos taxa pueden producir proliferaciones masivas llamadas floraciones que ocasionalmente tiñen la superficie del mar (mareas rojas). Estas floraciones son fenómenos naturales beneficiosos pero algunas especies pueden causar perjuicios en el ambiente, daños socioeconómicos o a otros seres vivos. En dichos casos se denominan Floraciones Algales Nocivas (FAN) y entre los perjuicios que ocasionan se encuentran la producción de diversos tipos de ficotoxinas causantes de síndromes diarreicos, amnésicos, paralizantes, entre otros, que a través de vectores como los moluscos filtradores y peces entran en la cadena trófica y en determinadas circunstancias pueden ser dañinas e incluso fatales para otros organismos marinos (aves, mamíferos, etc.) y el ser humano. La costa bonaerense, que abarca más de 900 kilómetros de playas, ciudades y balnearios de importancia como destino turístico del país, cuenta con bancos naturales de moluscos bivalvos como almejas, berberechos y mejillones, accesibles a pobladores y turistas desde el litoral costero, y con emprendimientos artesanales de extracción de ostras que se comercializan en el mercado interno y se exportan. Por ello, tomando en consideración la presencia de microalgas nocivas en el mar Argentino y la existencia de eventos relacionados a toxicidad en moluscos bivalvos y episodios nocivos en el país, resulta imprescindible eldesarrollo de investigaciones y monitoreos de fitoplancton en la costa bonaerense. El objetivo de la presente tesis es caracterizar dinoflagelados y diatomeas marinos nocivos toxígenos y no toxígenos de las aguas costeras de la Provincia de Buenos Aires en lo referente a su variabilidad morfológica, a su diversidad genética y a sus toxinas o metabolitos secundarios que afecten a la biota marina y al ser humano. La mayor comprensión y estudio de organismos causantes de FAN proporcionarán mejores herramientas para su identificación, alarma temprana, prevención y posterior manejo. En colaboración con la Dirección Provincial de Pesca, desde el 2008 se lleva a cabo un monitoreo de microalgas nocivas en dos zonas disyuntas de la costa bonaerense, la Zona marítima Norte y la Zona marítima Sur. La Zona marímitma Norte comprende las localidades de San Clemente (SC), Santa Teresita (ST), Villa Gesell (VG) y Mar Azul (MAZ) (36º 21’ S; 56º 42’ W -37º 20’ S; 57º 10’ W). La Zona marítima Sur comprende las localidades de Los Pocitos (LP), Ría Jabalí (RJ) y Bahía San Blas (BSB) (40º 25’ S; 62º 25’ W - 40º 33’ S; 62º 30’ W). El monitoreo ha elevado a las autoridades de aplicación numerosos informes y avisos, para decretar alertas y vedas a la extracción y consumo de moluscos debido a la presencia organismos potencialmente tóxicos y presencia de toxinas en carne de molusco analizada. Las muestras analizadas en este estudio fueron tomadas en el marco de dicho proyecto de monitoreo de la costa bonaerense, tanto fijadas como in vivo, y llevadas al laboratorio donde fueron analizadas con microscopio óptico y electrónico. Las muestras in vivo se utilizaron para el aislamiento y posterior obtención de cultivos monoalgales de microalgas potencialmente nocivas. Se obtuvieron y analizaron 23 cepas distribuidas entre 6 géneros de diatomeas y dinoflagelados. Entre las diatomeas, se lograron aislar y caracterizar a las especies Asterionellopsis guyunusae, Guinardia delicatula, Sundstroemia pauciseries, Pseudo-nitzschia multiseries, P. pungens, P. americana, P. hasleana y P. fraudulenta. Entre los resultados más relevantes se menciona la primera identificación molecular y confirmación de las especies A. guyunusae, G. delicatula, S. pauciseries y P. hasleana para la costa bonaerense y la Argentina, la ampliación del rango de diámetro en G. delicatula, entre otros relacionados a cepas nocivas. Con respecto a las especies potencialmente toxígenas de Pseudo-nitzschia, se aislaron 12 cepas. Las tres cepas pertenecientes a P. multiseries produjeron toxinas y presentaron variación en sus perfiles cualitativos (los primeros caracterizados para Argentina), y cuantitativos (variación en la toxicidad relativa), tanto entre ellas como con las cepas de otros registros para el país, sin que esto pueda atribuirse a diferentes condiciones de cultivo. En las cepas de las demás especies, P. pungens, P. fraudulenta, P. americana y P. hasleana no se detectaron toxinas. En el caso de los dinoflagelados, fueron aisladas e identificadas 6 cepas de tres especies de la costa bonaerense, mediante análisis morfológico y molecular. Se confirmó la pertenencia inequívoca de cinco de ellas al género Alexandrium (A. catenella y A. affine) y una al género Protoceratium (P. reticulatum). Todas las cepas pertenecientes a la especie A. catenella (4) presentaron elevada cantidad de toxinas, pero variaron en su perfil y nivel de toxicidad. La cepa de P. reticulatum presentó un orden de magnitud superior en el contenido celular de yessotoxinas respecto a una cita y registro anteriores en el país, siendo idénticas ambas cepas para el marcador genético estudiado (ADNr 28S, dominios D1/D3). En cada capítulo se incluyen comparaciones de las especies identificadas con los taxa más afines, desde el punto de vista morfológico, molecular y en el caso de las toxígenas, de los perfiles de toxinas producidos en otras regiones geográficas. Los datos en este manuscrito aportan resultados importantes concernientes a la caracterización morfológica y molecular regional de cepas productoras de FAN. Muy pocas cepas y marcadores están descriptos en dinoflagelados y diatomeas nocivos toxígenos y no toxígenos de nuestro país. En base a lo expuesto, se magnifica la importancia del muestreo de campo completo y consistente en el tiempo, los ceparios, el estudio morfológico y el análisis de marcadores genéticos un trabajo vital en constante evolución y el único capaz de dar sustento y seguridad científica a los trabajos de monitoreo.

Marine eukaryotic phytoplankton comprises more than 5,000 species of microscopic organisms, known as microalgae, which together account for nearly half of the world’s total primary production through photosynthesis and constitute a fundamental link at the base of marine food webs. Certain taxa can produce massive proliferations called blooms that occasionally cause seawater discoloration (red tides). These blooms are natural beneficial phenomena, although some species involved can be harmful to other living organisms, ecosystems and cause socioeconomic damage. In such cases, they are called Harmful Algal Blooms (HABs), and among their negative impacts can be mentioned the production of various types of phycotoxins that cause diarrhetic, amnesic, and paralytic syndromes, among others. These toxins enter the food web through vectors such as filter-feeding mollusks and fish, and under certain circumstances can be harmful and even fatal to other marine organisms (birds, mammals, etc.) and humans through their consumption. The Buenos Aires coastline, which spans more than 900 kilometers of beaches, cities, and major beach resorts that serve as key tourist destinations in the country, features natural beds of bivalve mollusks such as clams, cockles, and mussels, accessible to locals and tourists from the shoreline, as well as small-scale oyster harvesting operations that supply the domestic market and export their products. Therefore, given the presence of harmful microalgae in the Argentine sea and the occurrence of toxicity-related outbreaks in bivalve mollusks in the country, it is essential to conduct research and monitoring of phytoplankton along the Buenos Aires coast. The objective of this thesis is to characterize potential harmful marine dinoflagellates and diatoms (including toxic and non-toxic species), from the coastal waters of the Province of Buenos Aires in terms of their morphological variability, genetic diversity, and toxins or secondary metabolites that affect marine biota and humans. A better characterization of the responsible organisms for HAB in this area will provide better tools for their identification, early warning, prevention, and subsequent management of marine resources. In collaboration with the Provincial Fisheries Directorate, monitoring of harmful microalgae has been conducted since 2008 in two distinct zones of the Buenos Aires coast: the Northern Maritime Zone and the Southern Maritime Zone. The Northern maritime Zone covers the towns of San Clemente (SC), Santa Teresita (ST), Villa Gesell (VG) y Mar Azul (MAZ) (36º 21’ S; 56º 42’ W -37º 20’ S; 57º 10’ W). The Southern maritime Zone covers the towns of Los Pocitos (LP), Ría Jabalí (RJ) y Bahía San Blas (BSB) (40º 25’ S; 62º 25’ W - 40º 33’ S; 62º 30’ W). The monitoring has submitted numerous reports and advisories to the regulatory authorities, to issue alerts and bans on the harvesting and consumption of shellfish due to the presence of potentially toxic organisms and their association with the presence of toxins in the analyzed shellfish meat. The samples analyzed in this study were collected as part of the monitoring project along the Buenos Aires coast, both fixed and in vivo, and taken to the laboratory where they were analyzed using optical and electron microscopy. The in vivo samples were used for the isolation and subsequent cultivation of strains belonging to potential harmful microalgae. A total of 23 strains were obtained and analyzed, distributed among 6 genera of diatoms and dinoflagellates. Among the diatoms, the species Asterionellopsis guyunusae, Guinardia delicatula, Sundstroemia pauciseries, Pseudo-nitzschia multiseries, P. pungens, P. americana, P. hasleana, and P. fraudulenta were successfully isolated and characterized. Among the most significant results is the first molecular identification and confirmation of the species A. guyunusae, G. delicatula, S. pauciseries, and P. hasleana for the Buenos Aires coast and Argentina, the expansion of the diameter range in G. delicatula, among other findings related to harmful strains. With regard to potentially toxigenic Pseudo-nitzschia species, 12 strains were isolated. Three of them belonging to P. multiseries produced toxins and exhibited variation in their qualitative (the first characterized for Argentina) and quantitative profiles (variation in relative toxicity), both among themselves and with regard to other strains previously obtained in the country, a result not attributable to different culture conditions. In turn, no toxins were detected in the strains of P. pungens, P. fraudulenta, P. americana, and P. hasleana. In the case of dinoflagellates, 6 strains of three species were isolated and identified from the Buenos Aires coast through morphological and molecular analysis. Five of them belonged to the genus Alexandrium (A. catenella and A. affine (non-toxic)) and one to the genus Protoceratium (P. reticulatum). The three strains belonging to A. catenella were highly toxic, though they exhibited variable toxin levels and profiles. The P. reticulatum strains produced yessotoxin and their content per cell were an order of magnitude higher than the previous report in the country, with both strains being identical for the genetic marker studied (28S rDNA, D1/D3 domains). Each chapter includes comparisons of the identified species with their closest relatives, from morphological and molecular perspectives, and—in the case of toxigenic species—based on toxin profiles produced in other regions. The data in this manuscript provide important findings regarding the regional morphological and molecular characterization of HAB-producing strains. Very few strains and markers have been described in harmful toxigenic and non-toxigenic dinoflagellates and diatoms in our country. It’s considered field sampling, strain collections, morphological studies, and genetic marker analyses to be a constantly evolving field of work and the only one capable of providing scientific support and assurance for monitoring efforts.