Cada verano, las oleadas de lodo verde tóxico plagan los lagos de todo el mundo, enfermando a los excursionistas que no purifican el agua potable, cerrando los lugares favoritos para nadar y matando a los peces. La causa más temida y estudiada de estas floraciones de «algas» de agua dulce es un género de cianobacteria llamado microcistis. Se cree que su crecimiento explosivo en el verano es estimulado por el aumento de los niveles de fósforo, nitrógeno y otros nutrientes, tal vez por la escorrentía de fertilizantes u otras fuentes de contaminación. Pero una nueva investigación, impulsada por los avances en la secuenciación del ADN, sugiere que otros tipos de microbios también juegan un papel clave en estos crecimientos excesivos masivos.
Según un estudio, los virus matan a un competidor principal de tóxicos microcistis puede ayudar a allanar el camino para las flores; otro indica que la fijación de nitrógeno por otras bacterias puede proporcionar el impulso necesario. Los resultados sugieren que la reducción de nutrientes puede no ser suficiente para detener estas explosiones viscosas, dicen algunos científicos. Eso no significa que frenar la contaminación no sea importante, enfatizan, pero se deben considerar los factores ecológicos.
«Las interacciones biológicas entre especies ayudan a determinar las floraciones», dice Kevin Johnson, un científico marino del Instituto de Tecnología de Florida que no participó en el trabajo. “Cuantos más detalles entendamos sobre la creación de flores, mejor será nuestro conocimiento de cómo se pueden prevenir o controlar”.
Con el calentamiento del clima y las continuas entradas de contaminación, la proliferación de algas nocivas va en aumento, se vuelve más frecuente y duradera en cada vez más lugares del mundo. Son “un problema bastante perverso”, dice Ariane Peralta, ecologista microbiana de la Universidad de Carolina del Este.
En algunos lagos, la reducción de la escorrentía de fertilizantes al principio parecía frustrar las floraciones, pero luego regresaron. Planes similares para el lago Erie ahogado por la floración podrían resultar contraproducentes, informó en mayo un equipo de microbiólogos académicos y expertos en calidad del agua financiados por la Fundación Nacional de Ciencias y otras agencias estadounidenses. Una floración de 2014 causó tal escasez de agua potable en la cercana ciudad de Toledo, Ohio, que Canadá y Estados Unidos acordaron reducir el fósforo que ingresa al lago en un 40 %.
Pero una simulación de esa estrategia, junto con un análisis de más de 100 artículos científicos relacionados, llevó al equipo a concluir que aunque limitar el fósforo podría reducir las floraciones del lago Erie, también podrían volverse más tóxicas: con un menor crecimiento general de microbios, cualquier fotosíntesis microcistis izquierda recibiría más luz solar y tendría más nitrógeno disponible, dos condiciones que favorecen un aumento en su producción de microcistina, una sustancia que hace que las flores sean tóxicas. Sugirieron que el nitrógeno del lago también debería reducirse.
Esa simulación insinuó que otros microbios pueden influir indirectamente en el impacto de microcistis. Pero los investigadores que estudian las floraciones tienden a pasar por alto a los muchos habitantes microbianos de los lagos, que pueden incluir una gran cantidad de diatomeas y otros eucariotas, así como virus y varios tipos de bacterias, incluidas las picocianobacterias más pequeñas que el promedio. “Todos los pasan por alto como si no fueran una preocupación gerencial”, dice Cody Sheik, ecólogo microbiano de la Universidad de Minnesota, Duluth.
Parte del problema ha sido que ha sido difícil determinar qué microbios están haciendo qué en un lago. Pero Lauren Krausfeldt, microbióloga de la Universidad Nova Southeastern, recurrió recientemente a la metagenómica, una estrategia de secuenciación de todo el ADN en muestras de agua y otros entornos, para reconstruir el ecosistema microbiano en el lago Okeechobee de Florida. El lago más grande en el sureste de los EE. UU., las flores anuales de verano de Okeechobee han comenzado a extenderse por los ríos y derramarse en el Golfo de México y el Océano Atlántico, lo que obligó a cerrar las playas. Entre abril y septiembre de 2019, la temporada de floración, Krausfeldt y sus colegas recolectaron múltiples muestras de agua en 21 lugares del lago. A partir de los fragmentos de ADN aislados de las muestras y secuenciados, ensamblaron genomas completos pertenecientes a especies específicas.
El análisis descubrió 30 tipos de cianobacterias nunca antes detectadas en el lago y, en algunos casos, nuevas para la ciencia, incluidas 13 que podrían causar floraciones, informó el mes pasado en Microbe 2022, la reunión anual de la Sociedad Estadounidense de Microbiología. “Me sorprendió la diversidad”, dice Krausfeldt.
Cuando no había floración, los organismos más comunes eran las picocianobacterias. Pero a medida que avanzaba la temporada, el ADN perteneciente a los virus bacterianos, conocidos como fagos, que infectan a las picocianobacterias aumentó considerablemente. Poco tiempo después, la concentración de tóxicos microcistis comenzó a dispararse. Un análisis de su genoma sugirió por qué: microcistis contiene varias defensas antivirales, como el sistema que generó el editor de genoma CRISPR, de las que carecen las picocianobacterias. Además, la cianobacteria que forma la floración tiene genes que le permiten almacenar nitrógeno, un nutriente clave, que puede proporcionar otra ventaja competitiva sobre los muchos microbios del lago que no lo hicieron.
Krausfeldt sospecha que los fagos permanecen inactivos hasta que alguna señal ambiental desconocida los activa. Luego, después de que los virus comienzan a matar más y más picocianobacterias, nitrógeno, fósforo y más combustible liviano microcistis florecer, sugiere Krausfeldt. La destrucción de los fagos de las células de sus anfitriones puede liberar incluso más nutrientes, lo que desempeña un papel clave para permitir la proliferación de algas, concluye.
Sheik, quien dice que no había considerado a los fagos como un factor en las floraciones pero que ahora quiere explorar esa dinámica viral, adopta la mentalidad ecosistémica de Krausfeldt. “Al adoptar un enfoque holístico, podemos comprender mejor cómo los organismos de apoyo pueden ayudar a mantener las floraciones”, dice.
Sheik y sus colegas también agregaron metagenómica, así como evaluaciones de actividad genética, a sus estudios de varios lagos pequeños en Minnesota. Esos lagos, informó en la reunión, contienen no sólo algunos microcistispero también otra cianobacteria formadora de flores llamada Dolichospermum. En 2020 y 2021, cuando él y sus colegas rastrearon la dinámica microbiana en un lago durante el verano, vieron Dolichospermum convertirse en el microbio más abundante solo para que su población se desplome en julio. Los niveles de nitrógeno en el lago subieron y bajaron en paralelo con el microbio, lo que sugiere que estaba fijando nitrógeno y aumentando su concentración en el agua.
El nitrógeno suele ser bastante escaso en estos lagos relativamente prístinos, pero el nutriente es esencial para la producción de microcistina. Eso podría explicar por qué Sheik y sus colegas vieron niveles de microcistis y su toxina se eleva después de la floración en la fijación de nitrógeno Dolicospermum. microcistis debe depender de otros miembros del ecosistema de agua dulce para fijar nitrógeno o reciclarlo al descomponer otras formas de vida, dice Sheik.
“Estoy impresionado” por el trabajo metagenómico, dice Benjamin Wolfe, microbiólogo de la Universidad de Tufts, porque puede iluminar con gran detalle las interacciones microbianas del lago.
El caso de Dolichospermum ilustra lo complicadas que pueden ser las floraciones de algas. Sin embargo, la buena noticia es que, a diferencia de Europa, donde esta bacteria provoca floraciones tóxicas, Dolichospermum las especies en los Estados Unidos carecen de los genes para producir toxinas, al menos por ahora, dice Sheik, quien planea seguir observándolas en sus estudios metagenómicos.
Todavía se desconoce cómo se puede interrumpir la dinámica microbiana que impulsa las floraciones, y la imagen se vuelve cada vez más complicada. “Estamos luchando por comprender qué partes de las comunidades microbianas complejas están cambiando y qué podemos cambiar para producir un resultado diferente”, dice Peralta. Pero es optimista de que, con el tiempo, «podremos descubrir qué palancas podemos mover».
