Toxinas de cianobactérias

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Revista Analytica • Dezembro 2007/Janeiro 2008 • Nº32
CIANOBACTÉRIAS E SUAS TOXINAS
Resumo
As cianobactérias são microrganismos presentes em ambientes aquáticos e vêm sendo cada 
vez mais pesquisadas devido a sua capacidade de produção de toxinas, em alguns casos, 
altamente prejudiciais à saúde humana e animal. Essas toxinas, denominadas cianotoxinas, 
são responsáveis por alterações organolépticas das águas e têm sido causadoras de graves 
intoxicações pela ingestão e contato com corpos d’água contaminados. Conhecer essas 
cianotoxinas envolve a disponibilidade de técnicas analíticas sofisticadas, além de métodos 
definidos e validados.
Palavras-chave: cianobactérias, cianotoxinas, métodos analíticos
summaRy
Cyanobacteria are microorganisms that live in aquatic environments and have been widely 
studied because of their capability to produce toxins, that are, in some cases, hazardous 
to human and animal health. These toxins, called cyanotoxins, are responsible for sensory 
alterations in water and have been the cause of serious intoxications by ingestion and con-
tact with contaminated waters. Knowledge of cyanobacterial toxins require availability of 
sophisticated analytical techniques, and so harmonized and validated methods.
 
Keywords: cyanobacteria, cyanotoxins, analytical methods
Talita Gomes Carneiro e
Flávio Leite
T&E Analítica – Centro 
Analítico e Científico Ltda.
Correspondência:
R. Lauro Vannucci, 1.260
Jardim Santa Cândida
CEP: 13087-548. Campinas.SP
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IntRodução
Cianobactérias e suas toxinas
As cianobactérias, também conhecidas como cianofíceas 
ou algas azuis, são microrganismos procarióticos (não pos-
suem qualquer tipo de membrana para compartimentalização 
de DNA e outras organelas), autotróficos (produzem seu 
próprio alimento por meio de fotossíntese) e são capazes 
de se desenvolver em mananciais superficiais, especialmente 
aqueles com elevados níveis de nutrientes.
O aumento das atividades urbanas e industriais, assim como 
a descarga de seus efluentes acarretam o acúmulo de nutrientes 
ricos em fósforo e nitrogênio nos corpos d’água. Ao fenômeno 
causado pelo excesso desses compostos nutrientes dá-se o nome 
eutrofização, que aliado à elevação da temperatura, tem como 
uma das consequências, a rápida proliferação de cianobactérias 
no ambiente aquático, conhecida como “floração” ou “bloom”. 
As cianobactérias têm sido estudadas no ramo alimentício, 
farmacêutico e agrícola pelo seu alto valor nutritivo, possível 
potencial farmacológico e pela influência que exercem sobre 
a fertilidade de solos e águas. Entretanto, algumas espécies 
de cianobactérias têm a capacidade de produzir metabólitos 
secundários que dão gosto e odor desagradáveis à água, além 
de poderosas toxinas. Daí seu principal interesse e estudos 
sobre os impactos no meio ambiente e na saúde. No Brasil, 
entre os gêneros potencialmente nocivos, destacam-se Mi-
crocystis, Anabaena, Cylindrospermopsis, Oscillatoria, Planktothrix 
e Aphanocapsa (Calijuri, 2006). 
Denominadas cianotoxinas, essas substâncias causam gra-
ves injúrias a animais terrestres, aquáticos e humanos, através 
da ingestão ou contato com a água contaminada. As principais 
e mais perigosas toxinas produzidas por esses gêneros de 
cianobactérias são Microcistinas, Nodularinas, Anatoxinas, 
Cilindrospermopsinas e Saxitoxinas. As cianotoxinas são clas-
sificadas como hepatotóxicas, neurotóxicas, dermatotóxicas 
ou promotoras da inibição da síntese de proteínas, de acordo 
com seu mecanismo de ação. 
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Segundo suas estruturas químicas, as toxinas de cianobac-
térias são classifi cadas como alcalóides, peptídeos cíclicos ou 
lipopolissacarídeos, como mostra a Figura 1.
A cilindrospermopsina (Figura 1) é um alcalóide guanidí-
nico cíclico hepatotóxico, de peso molecular (PM) 415. Em 
sua forma pura, afeta principalmente o fígado, além de induzir 
sintomas patológicos nos rins e coração. Essa toxina apresen-
ta DL50 de 2,1 mg.kg
-1 em 24 horas e 0,2 mg.kg-1 em 5-6 dias, 
segundo bioensaios realizados em ratos (Ohtani et al., 1992).
Também conhecidas como PSP’s (Paralytic Shellfi sh Poisons), as 
saxitoxinas (Figura 2) são um grupo de alcalóides carbamatos 
neurotóxicos, produzidas por cianobactérias de águas mari-
nhas ou doces. Intoxicações por essas substâncias, de acordo 
com bioensaios em ratos, causaram uma morte rápida (2-30 
minutos) por parada respiratória, devido ao bloqueio dos ca-
nais de sódio. Saxitoxina e seus análogos, como mostrado 
acima, apresentam diferentes estruturas químicas e, conse-
quentemente, diferentes toxicidades (Calijuri, 2006).
Anatoxina e suas variantes (Figura 3) são alcalóides neu-
rotóxicos de baixo peso molecular e alta toxicidade. Estudos 
em ratos demonstraram valores de DL50 entre 200 e 250 
µg.kg-1 para anatoxina-a e homoanatoxina-a. Para anatoxina-
a(s), a DL50 foi de 20 µg.kg
-1 de peso corpóreo. (Carmichael 
et al., 1990)
As microcistinas (Figura 4), hepatotoxinas mais comumen-
te encontradas em blooms de água doce, são peptídeos cíclicos 
formados por sete aminoácidos (heptapeptídeos cíclicos) de 
pesos moleculares (PM’s) entre 800 e 1100. Essas toxinas são 
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Figura 1. Alcalóide - Cilindrospermopsina
Figura 2. Alcalóides - Saxitoxinas
O
O
N
NH
HH
O3SO
H
Me +
NH NHHN
-
OH
+
+
R2
NH2
NH
OH
OH
O
O
N
N
HH
R3
H2N
R1N
H2N STX R1 R2 R3
STX H H H
GTX-II H H OSO3-
GTX-III H OSO3- H
NeoSTX OH H H
GTX-I OH H OSO3-
GTX-IV OH OSO3- H
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caracterizadas de acordo com o arranjo dos aminoácidos na 
molécula e podem levar à morte em algumas horas por hemor-
ragia no fígado. Cerca de 60 variações estruturais de microcis-
tinas já foram identificadas. As mais conhecidas são MC-RR; 
MC-YR; MC-LR e MC-LA (Chorus e Bartram ed., 1998).
Nodularinas (Figura 5) são peptídeos cíclicos hepatotóxicos 
formados por 5 aminoácidos (pentapeptídeos cíclicos). Assim 
como as microcistinas, as nodularinas são solúveis em água e 
apresentam alta estabilidade química, o que traz importantes im-
plicações sobre sua persistência no meio ambiente e exposição 
a humanos nos corpos d’água. Poucas variações de nodularinas 
foram identificadas e sua toxicidade, segundo experimentos em 
animais, é dada por hemorragia e necrose de hepatócitos, além 
de carcinogênese de fígado (Chorus e Bartram ed., 1998).
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H CH3
CH3
CH3
CH2
CO2H
CO2H
CH3
CH3CH3
OCH3
HN
N
N
NN
NH
N
H
Adda
Glu Mdha
Ala
β-Me-Asp
O
O O
O
O
O
O
H H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
HH
Y
X
Figura 4. Peptídeos Cíclicos - Microcistinas
Figura 3. Alcalóides - Anatoxinas
NH2
+
O
CH3 NH2
+
O
CH2CH3
CH3
HN
N
N
O
O
O
-O
P
+ CH3
CH3
+H2N
anatoxin-a homoanatoxin-a anatoxin-a(S)
x y
MC-RR Arginin Arginin
MC-yR Tryptophan Arginin
MC-LR Leucin Arginin
MC-LA Leucin Alanin
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Figura 5. Peptídeos Cíclicos - Nodularinas
NH
H2N
COOH
COOH
O
O
OH O
O
O
NH
NH
NH
NN
NH
Lipopolissacarídeos (LPS) são componentes da parede 
celular de toda bactéria gram-negativa, incluindo as ciano-
bactérias. Como o próprio nome indica, lipopolissacarídeos 
são polímeroscomplexos compostos por açúcares e lipídeos, 
normalmente ácidos graxos C14-C18. Diferentes gêneros de 
cianobactérias apresentam diferentes composições de LPS. 
Tais toxinas são classificadas como irritantes e pirogênicas 
por causarem reações alérgicas a animais mamíferos e hu-
manos (Weckesser e Drews, 1979). Estudos comparativos 
indicam que LPS produzidos por cianobactérias são menos 
tóxicos a seres humanos que LPS produzidos por outras bac-
térias gram-negativas, como por exemplo, Salmonella sp. (Ke-
leti e Sykora, 1982).
Tem-se observado nos últimos 20 anos, grande aumento 
de ocorrências de florações de algas tóxicas em reservató-
rios utilizados para abastecimento público. Um dos primeiros 
e mais graves relatos de intoxicação humana por cianotoxinas 
no Brasil foi em 1996, na cidade de Caruaru, Pernambuco, 
onde 60 pacientes de hemodiálise morreram pela hepatotoxi-
na microcistina, encontrada na água utilizada no procedimen-
to (Jochimsen et al., 1998).
Em recente Conferência Internacional “7th International 
Conference on Toxic Cyanobacteria” (7th ICTC), realizada no es-
tado do Rio de Janeiro e organizada pela pesquisadora Profa. 
Dra. Sandra Azevedo, especialistas de diversos países discuti-
ram temas como métodos de detecção; Ecofisiologia e Ecolo-
gia; gerenciamento e tratamento de água; Biologia Molecular; 
avaliação de risco; Toxicologia, além dos novos desafios rela-
cionados às cianobactérias tóxicas.
avanços na ÁRea analítIca das cIanotoxInas
Métodos para detecção, identificação e quantificação de 
cianotoxinas podem variar de acordo com a sofisticação e o 
tipo de informações que proporcionam. Em campo, testes rá-
pidos e de baixo custo podem ser empregados para avaliação 
do grau de risco de uma floração e direcionar as medidas a 
serem tomadas. Por outro lado, técnicas analíticas mais so-
fisticadas podem determinar com maior precisão a identidade 
e quantidade das cianotoxinas. Os métodos analíticos hoje 
disponíveis para essa finalidade se dividem em físico-químicos 
(HPLC-UV; HPLC-PDA; eletroforese capilar; LC/MS); bioquí-
micos (ensaio de inibição de fosfatase; ensaio de inibição de 
acetilcolinesterase; ELISA) ou biológicos (bioensaios; testes 
de toxicidade).
Segundo Guia da Organização Mundial da Saúde “Toxic 
Cyanobacteria in Water”, após clean-up das amostras, nodulari-
nas, microcistinas (Lawton et al., 1994) e cilindrospermopsina 
(Hawkins et al., 1997) podem ser detectadas por sistemas de 
HPLC acoplados a PDA ou espectroscopia de massas. Já para 
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R e f e r ê n c i a s
a quantificação de saxitoxinas é proposto método por HPLC 
com detecção por fluorescência (Oshima, 1995).
No Brasil, a Resolução no 357/2005 do Conselho Nacional 
de Meio Ambiente (CONAMA) dispõe sobre a classificação 
dos corpos de água, além de estabelecer condições e padrões 
de lançamentos de efluentes, incluindo limites de densidade 
de cianobactérias. A Portaria no 518/2004 do Ministério da 
Saúde, por sua vez, estabelece procedimentos e responsabi-
lidades relativos ao controle e vigilância da qualidade da água 
para consumo humano e seu padrão de potabilidade, através 
de parâmetros microbiológicos, físicos e químicos, além de 
recomendar e estabelecer valores aceitáveis para cianobac-
térias e cianotoxinas (microcistinas, saxitoxinas e cilindros-
permopsinas).
No entanto, a quantificação dessas cianotoxinas tem sido 
prejudicada pela baixa disponibilidade de materiais de refe-
rência (padrões analíticos). Iniciativas internacionais, através 
de esforços colaborativos e com o objetivo de suprir essa 
necessidade de mercado, têm buscado a preparação de ma-
teriais de referência certificados no Brasil e exterior. Estra-
tégias gerais para o desenvolvimento desses padrões ana-
líticos envolvem operações como: (a) extração de toxinas 
a partir de culturas em larga-escala de cianobactérias ou a 
partir de ocorrências naturais (florações ou blooms); (b) pu-
rificação por métodos preparativos de separação; (c) deter-
minação da pureza e estudos de estabilidade; (d) preparação 
de soluções estoque concentradas, seguida de precisas di-
luições para a obtenção de soluções finais de concentrações 
conhecidas; (e) fracionamento em ampolas e certificação do 
produto através de métodos analíticos validados. (Quilliam 
et al., 2007)
conclusão
Os impactos ambientais e os problemas de saúde pública 
causados por florações de cianobactérias têm se mostrado 
cada vez mais freqüentes no Brasil e no mundo. Uma das 
causas observadas é o lançamento não controlado de efluen-
tes, a partir do quê, se faz necessária a conscientização da 
população e entidades comerciais, no sentido de controlar e 
solucionar essa problemática.
Do ponto de vista analítico, observa-se um grande avanço 
com relação às técnicas instrumentais, embora a indisponibi-
lidade de padrões e materiais certificados seja um obstáculo 
para os cientistas.
Laboratórios privados e oficiais no Brasil se estruturam 
dentro do alto custo e da complexidade analítica para ofere-
cer o controle da qualidade das águas para abastecimento pú-
blico, segundo parâmetros estabelecidos por órgãos oficiais.
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