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CIANOBACTÉRIAS 
 
 
 
Organização e Estruturas 
Toxicidade 
Aplicação em Ciências de Alimentos 
 
BM320 – MICROBIOLOGIA 
Sandra Soares Martins 
 30/08/2016 
 
Cianobactérias: “máquinas” de síntese 
de compostos secundários 
• Pigmentos  indústria alimentícia 
• Produtos farmacêuticos 
• Suplementos alimentares 
• Biocombustíveis 
• Compostos que afetam qualidade da H2O - matéria prima p/ 
consumo humano e uso industrial (alimentos/farmácia): 
– Odores 
– Sabores 
– Toxicidade 
 
 
• Corantes: ficobiliproteínas (hidrossolúveis): 
– Ficocianina azul 
– Aloficocianina 
– Ficoeritrina: vermelha 
• Polissacarídeos 
– grande variedade de açúcares 
– D-glicose-D-galactose-D-xilose-ácido D-
glucurônico (p.ex. Nostoc commune) 
 
 
 
Aplicação em Ciências de Alimentos 
Aplicação em Ciências de Alimentos 
• Suplemento alimentar: 
 Spirulina spp 
Produção de custo vantajoso 
• Bactérias fotossintéticas - sais minerais, água e luz. 
• Efluentes da indústria de alimentos pode ser meio de 
cultura: 
– Arroz parboilizado: Aphanotece sp; 
– Indústria cítrica, de biodigestor de fezes de suínos 
(alcalinizado); 
• Efluente da produção de biomassa de cianobactéria  
tamponante na silagem de milho 
 
Bioacumulação1 e Biomagnificação2 
Hipóteses: hábitos, doenças 
transmissíveis, exposições 
ambientais, herança genética, 
alimentação. 
Sopa de 
Morcego 
Morcego 
Frugívoro 
Frutos de Cica 
Cianobactéria 
Cianotoxina 
neutóxica 
Pacientes com tremores e 
sintomas de doença 
neurológica 
Ilha de Guam/USA , Pacífico 
1 
1 
1 
2 
Definição de cianobactéria 
• São procariotos fotoautotróficos produtores 
de oxigênio (O2). 
• São conhecidas também como: 
– Blue-green algae ou algas verde-azuladas 
– Algas azuis 
– Mixofíceas 
– Cianofíceas 
– Cianoprocariontes/ Cianoprocariotos 
Diversidade de Forma 
 
 
 
Morfologia celular 
Cilíndrica 
Esférica 
Esfera achatada no centro 
Cubo 
Morfologia 
 
colônias 
agregadas 
unicelular 
Filamentos 
isolados 
colônias agregados 
•Apresentam maior 
diferenciação celular. 
 Tricoma indica a fileira de células. 
Filamentos apresentam tricomas 
Filamentos apresentam formas diferenciadas 
Espiral 
 
 
Trançadas 
 
Spirulina sp 
Filamentos apresentam 
arranjos secundários 
 
Agregação 
 
 Embaraço 
 
ERA DAS CIANOBACTÉRIAS 
• Registros fósseis dão 
indícios do 
surgimento das 
cianobactérias no 
Pré-cambriano 
 
Origem da Terra 
CIANOBACTÉRIAS 
Eucariotos 
Invertebrados 
Presente 
640 milhões AA 
1,9 bilhões AA 
3,5 bilhões AA 
4,5 bilhões AA 
Fig. 1 -Escala evolutiva da origem da vida na Terra. 
Fig. 2 – Estromatólitos na Australia. 
Atmosfera anóxida 
fortemente redutora 
Hidrosfera com pouco O2 livre 
Microbiota do planeta tem 
procariotos primitivos: 
 
•Arqueobactérias 
•Bactérias sulfurosas 
•Bactérias não sulfurosas 
•Cianobactérias 
• Surgimento de membrana com atividade 
fotossintética 
 
• São os primeiros produtores a liberar 
oxigenio: 
–Alteram profundamente a atmosfera 
terrestre: [O2] e lentamente se forma a 
camada de ozone (O3)‏ 
 
–A hidrosfera passa a ter O2 dissolvido em 
quantidades nunca antes existentes. 
Com as cianobactérias... 
Organização da Vida na Terra 
Cianobactérias: 
Grupo das bactérias Gram -
(sequenciamento das bases do 
rRNA 16S e 5S) 
 
• Adaptadas a variação de: 
• temperatura: de 15 a 30°C 
• pH de 6 a 9 
• Encontradas em ambientes extremos 
• Fontes termais: pH 5,0 e T=85°C 
• Oceano Antártico: -20°C 
• Grandes profundidades. 
• Altamente resistentes aos raios UV 
 
Presença em todos os ambientes da Terra 
Presença em todos os ambientes 
da Terra 
• Água doce: maior abundância e diversidade 
• Água marinha: 
– Região planctônica: fixação N2 
– Todas as profundidades, inclusive extremas. 
• Àgua salobra: 
– Importante base da cadeia alimentar dos berçários 
marinhos; 
– presentes em lâminas de sal. 
• Solo: 
– ambientes que parecem sem vida, mas que “revivem” 
com as primeiras chuvas 
– Ecologicamente de grande importancia: 
– Adicionam biomassa ao ecossistema 
– Fixam N em áreas pobres em nutrientes 
• Rochas 
– Endolíticas: encontradas dentro de rochas na 
Antártida 
Presença em todos os 
ambientes da Terra 
Nódulos de Nostoc 
ESTRUTURA CELULAR 
Semelhante às Eubactérias Gram negativas 
Protoplasma 
Mucilagem 
• Reveste externamente a parede 
bacteriana 
• Pode estar presente ou não, dependendo 
da espécie ou 
 gênero. 
• Composição principal: polissacarídeos 
• Termos encontrados: 
– Envelope mucilaginoso (ao redor da 
célula)‏ 
– Bainha mucilaginosa (forma agregados) 
• Função: proteção mecânica; 
deslizamento; biofilme. 
 
Envelope 
mucilaginoso 
Bainha 
mucilaginosa 
Inclusões protoplasmáticas 
 Grânulos de cianoficina 
• Cianoficina: co-polímero de ácido aspártico e 
arginina, armazena nitrogênio, sendo degradado 
em ambientes c/ deficit de nitrogênio. 
• Presença depende da espécie 
• Os grânulos de cianoficina assemelham-se ao 
glicogenio, sendo reserva de energia. 
 
• Não possuem cloroplastos 
• Tilacóides se organizam em 
membranas. 
• Pigmentos fotossintéticos se 
localizam na membrana 
tilacóide : 
– Clorofila a 
– Ficobilinas 
• Ficocianina - azul 
• Ficoeritrina - vermelha 
– Xantofilas (pigmentos 
carotenóides acessórios)‏ 
 
 
Membrana fotossintética 
• O número de membranas 
depende da intensidade 
luminosa 
• Baixa muitas membranas 
• Alta  poucas membranas 
• Ficobilissoma: grânulos associados à 
superfície da membrana das tilacóides 
contendo pigmentos de ficobilina 
acessórios da fotossíntese 
• Ficobilinas 
• Ficocianina 
• Ficoeritrina 
 
 
 
Membrana fotossintética 
Permitem fotossintetizar em ambientes 
aquaticos de grande profundidade 
Pigmentos fotossintéticos 
Mobilidade 
• Cianobactérias se movem livremente com 
 a água, podendo flutuar na superfície e 
 mover –se com a corrente superficial. 
• Não possuem cílios e flagelos 
• Movimento vem da expulsão de material 
orgânico de dentro da célula pode ser 
–deslizantes ou 
– rotacional. 
 
Mobilidade 
 O movimento no 
sentido vertical na 
coluna de água é feito 
pelo enchimento ou 
esvaziamento dos 
vacúolos gasosos ou 
vesículas de gás ou 
aerótopos. 
Aerótopos 
• Presentes na célula quando nos 
ambientes naturais 
• Desaparecem em culturas in vitro 
• Processo de enchimento e 
esvaziamento são controlados pela 
fotossíntese 
Nas florações os vacúolos 
não são regulados, 
permanecendo todas as 
células na superfície 
• Segue a nomenclatura botânica: por isso o grupo é 
denominado Cyanophyceae. 
• Atualmente críticas estão gerando revisões para que 
haja inserção da 
 nomenclatura bacteriológica. 
 
CRITÉRIOS: 
Morfológicos 
Bioquímicos 
Genéticos 
Fisiológicos 
Ecológicos 
 
TAXONOMIA 
Estruturas especializadas 
Heterócito ou heterocisto 
Microscopia de luz 
1 
2 
2 
Microscopia eletrônica 
1 
2 
2 
Microscopia de luz 
1 
2 
2 
•Célula especializada em 
fixação de nitrogênio 
atmosférico (N2) ( ). 
•Ambiente interno é anóxido 
→‏ativação‏da nitrogenase 
•Parede espessa (1)‏ 
•Poros de comunicação 
seletiva com células 
vegetativas vizinhas (2). 
Acinetos 
• Esporo de resistência: 
– Célula vegetativa aumentade tamanho 
– Estoca grande quantidade 
de grânulos de 
cianoficina: reserva de 
proteína 
– Espessa a parede. 
– Altamente resistentes à 
dessecação (anos em 
sedimentos)‏ 
– Produzidos sob condições 
desfavoráveis do meio. 
Relações simbióticas 
 
• LÍQUENS = FUNGO + CIANOBACTÉRIA 
Cianobactéria 
Camada de 
Cianobactéria 
Coevolução das Cicas e Cianobactérias 
• Associação simbiótica entre 
 Cicas e Nostoc sp. 
• Nostoc: zona circular da raiz  
nódulos  induzem 
 mitose na raíz e fixação N2. 
• Suposição sobre a associação: 
1. Impediu a extinção das Cicas. 
2. Permite estabelecimento em 
solos pobres em nutrientes. 
Biofilmes 
• Em águas lênticas: lagos, reservatórios, riachos 
calmos, mangues. 
• Nas paredes de tanques de tratamento de água ou 
esgoto 
• Na superfície da água 
• Risco de eliminação de toxinas 
Florações de Cianobactérias 
• Definição: 
– Intenso crescimento 
bacteriano na superfície da 
água 
– Formação de densa camada 
de células com vários 
centímetros de profundidade 
– Liberação de toxinas com 
riscos à saúde animal e 
humana. 
Bloom de Microcystis 
 A eutrofização artificial produz 
 mudanças nas qualidades da água: 
• a redução de oxigênio dissolvido, 
• perda das qualidades cênicas, 
• aumento do custo de tratamento, 
• morte extensiva de peixes 
• aumento da incidências de florações de microalgas e 
cianobactérias. 
Bloom de 
Microcystis 
Florações 
x 
Cianotoxinas 
Alteração das propriedades 
organolépticas da água 
 
Genero 
• Microcystis 
• Oscillatoria 
• Phormidium 
• Pseudanabaena 
• Anabaena 
• Aphanizomenon 
Gosto e/ou odor 
• Capim 
• Terra/bolor 
• Terra/capim 
• Bolor 
• Pesticida/capim/bolor 
• Capim/bolor 
Florações  metabólitos 
geosmina; 
2-methylisoborneol 
Pertencem a 3 classes químicas: 
• Peptídios cíclicos 
• Alcalóides 
• Lipopolissacarídeos (LPS)‏ 
Tipos de ação farmacológica: 
• Neurotóxicos  ação rápida  morte por parada 
respiratória após poucos minutos de exposição. 
• Hepatotóxicos  ação lenta  lesões ou tumores 
no fígado. 
• Dermatotóxicos 
Cianotoxinas 
Chapter 21: Cyanotoxins: sampling, sample processing and toxin uptake Jussi AO 
Meriluoto, Lisa EM Spoof. Department of Biochemistry and Pharmacy, Åbo Akademi 
University, 20520 Turku, Finland. 
Cianotoxinas: 
Mais comum 
• Hepatotóxicas (+ de 80 
análogos): 
– Microcistina 
– Nodularina 
• Citotóxica: cylindrospermopsina 
• Neurotoxica: anatoxin–a 
Outras menos comuns 
• anatoxin–a(S), 
• Saxitoxina (família de 
moléculas), 
• Alcalóides dermatotóxicos, 
• Lipopolissacarídeos 
• beta–N–methylamino–L–
alanine (BMAA) 
Fonte: Chapter 21: Cyanotoxins: sampling, sample processing and toxin uptake. Jussi AO 
Meriluoto, Lisa EM Spoof. Department of Biochemistry and Pharmacy, Åbo Akademi 
University, 20520 Turku, Finland, 2008. 
Degradação 
• Microcystina 
– Estabilidade: em pH neutro 
e após fervura (toxicidade)‏ 
– Resistência: hidrólise 
química e oxidação 
– Lenta degradação 
fotoquímica por irradiação 
solarÇ 6 a 20 semanas. 
 
 
• Anatoxina-a 
– Estabilidade: 
• No escuro; 
• em pH ácido; 
decomposição leva 
14 dias em pH 8-10 
se for em conc. 
baixas. 
 
 
 
Apresentam diferenças nas estabilidades químicas e 
degradação biológica nos sitemas aquáticos. 
Exposição humana às cianotoxinas pode ser: 
Contato dermal 
Inalação 
Ingestão (H2O abastecimento ou recreativa)‏ 
Intravenosa - o caso de Caruaru 
Bio-acumulação alimentar 
Riscos ambientais: 
• Alta freqüência em Porto Alegre 
 
Cianotoxinas 
Isolamento a partir de amostras ambientais 
FIG. 1. Cultura em meio líquido: pré-cultivo ou 
expansão. 
• Coleta do ambiente (água, solo, raspado de algas ou rochas)meio líquido 
• Fase de adaptação ao meio de cultura: crescimento entre 30 a 45 dias (FIG. 1)‏ 
• Repique em meio sólido: crescimento entre 7 a 15 dias (FIG. 2)‏ 
• Isolamento das colonias em meio sólido: critério é forma e coloração; 
crescimento entre 7 a 15 dias 
• Expansão da cultura pura: semeadura em meio líquido 
FIG. 2. Cultura em meio 
sólido para isolamento. 
FIG. 3. Cultura em fluxo 
contínuo em meio líquido. 
Culturas permanentes 
1. Cultivo para obtenção de 
toxinas ou subprodutos 
• Estoque em meio semi-
sólido (Temperatura 
ambiente) e em solução 
crioprotetora a -70°C e/ou 
N2 líquido 
 
Métodos de determinação das toxinas 
Biológicos 
• Toxicidade (ratos;camundongos)‏ 
• Exposição a doses/exposições a conc.multiplas do agente tóxico. 
– Aguda: 24 horas 14 dias 
– Sub-aguda: 14, 21 e 28 dias 
– Sub-crônica: 90 dias. 
– Crônica: 2 a 3 anos. 
• Bioensaios 
– Camundongo 
– Organismos aquáticos: Artemia salina, Daphnia. 
– Organismos sub-aquáticos: Aedes aegyptii, Drosofila 
melanogaster. 
Bioquímicos 
• ELISA – Microcistina e nodularina 
• Inibição de fosfatase 
• Inibição de acetilcolinesterase 
(neurotoxinas) 
Físico-Químicos 
•Cromatografia – HPLC 
•Eletroforese capilar: microcistina e anatoxina-a; 
rotina em monitoramento das águas 
•MMPB: detecção de microcistina total 
Métodos de determinação das toxinas 
Etapas do Processo Analítico para 
Quantificação de Cianotoxinas 
Fonte: Loftin et al.. Analytical Methods for Cyanotoxin Detection and Impact on Data 
interpretation. National Water Quality Monitorin Conference, 2010, USA. 
Exemplos práticos de Detecção 
• SANASA 
– Identificação da toxina por HPLC (microcistina)‏ 
• CETESB 
– Identificação taxonômica e contagem por 
microcopia ótica 
– ELISA para Microcistina. 
– Identificação e Contagem por Q-PCR. 
Estudos aplicados para Controle de 
Cianotoxinas em água: 
• The Centre for Cyanobacteria and Their Toxins (CCT) 
– República Tcheca 
– 1. Estudo da ação da aeração de sedimentos e 
colunas de água para diminuição da população 
de cianobactérias. 
– 2. Uso de nanopartículas de compostos com 
atividade fotocatalítica de dióxido de titânio e 
prata 
1- Efeitos da aeração de sedimentos na mudança dos parâmetros físico-químicos dos 
sedimentos e da coluna de água e as mudanças na abundância e na estrutura microbiana das 
comunidades de cianobactérias. In: http://www.sinice.cz/index-en.php?pg=activities--
scientific-activities--research 
2- http://www.sinice.cz/res/file/projects/NANAPL10-EN.pdf 
Centros de Referência: 
Nacional: 
• CETESB 
Internacional 
• The Centre for Cyanobacteria and Their Toxins (CCT) 
– República Tcheca 
• EPA: Environmental Protection Agency – USA 
 
 
Literatura recomendada 
• Calijuri, M. C. et al. Cianobactérias e cianotoxinas em águas 
continentais. RIMA, 2006. 
• Sant’Anna,‏C.‏L.‏et al. Manual Ilustrado para Identificação e 
Contagem de Cianobactérias Planctônicas de Águas 
Continentais Brasileiras. Rio de Janeiro: Interciência; São 
Paulo: Sociedade Brasileira de Ficologia – SBFic. 
• Ibelings, B. W. and Chorus, I. Accumulation of cyanobateril 
toxins in freshwater seafood andits consequences for public 
health: A Review. Environmental Pollution xx (2007)1-16. 
• WHO. Guidelines for safe recreational water environments. 
• CETESB. Qualidade das águas interiores do Estado de São 
Paulo. Série Relatórios, Anexo IV. 
 
INFORMAÇÕES EXTRAS 
Neurotoxinas: Alcalóide 
Ação Fisiológica da anatoxina 
• Os sinais de envenenamento em animais selvagens e domésticos: 
– desequilíbrio, 
– fasciculação muscular, 
– respiração ofegante e convulsões. 
– Morte por parada respiratória após poucos minutos a poucas horas, 
dependendoda dosagem e consumo prévio de alimento. 
 
• Os sinais clínicos de intoxicação: 
– progressão de fasciculação muscular, 
– decréscimo de movimentos, 
– respiração abdominal exagerada, 
– cianose, 
– Convulsão  morte. 
 
• Ação: 
– potente bloqueador neuromuscular pós-sináptico de receptores nicotínicos e 
colinérgicos. 
– ligação irreversivel a receptores de acetilcolina, pois não é degradada pela 
acetilcolinesterase. 
– A DL50 intraperitoneal em camundongos (toxina purificada): 200 mg/Kg de peso 
corpóreo, com tempo de sobrevivência de 1 a 20 minutos. 
 
 
 
 
Valores Permitidos pela Legislação 
• Poucas referências propõem valores limites para cianobactérias. 
• Organização Mundial da Saúde, por meio do adendo da segunda edição do 
Guidelines for drinking-water quality (WHO, 1998), concluiu que não havia dados 
suficientes que possibilitassem a definição de valores de referência para qualquer 
outra cianotoxina, além da microcistina-LR de 1 μg/L, considerando a exposição 
através da água de consumo humano. 
• A terceira edição do Guidelines for drinking-water quality manteve o mesmo 
valor para microcistina-LR e não apresentou valores para as demais cianotoxinas 
(WHO, 2003) 
 
• (Fonte: Florações de Cianobactérias e sua inserção na Legislação Brasileira, 
Secretaria de Vigilância em Saúde, Ministério da Saúde, Governo Brasileiro, Abril 
de 2004) 
Microcistina LR: gráfico cromatográfico 
Chapter 21: Cyanotoxins: sampling, sample processing and toxin uptake. Jussi 
AO Meriluoto, Lisa EM Spoof, Department of Biochemistry and Pharmacy, Åbo 
Akademi University,20520 Turku, Finland