Πολυφασικός χαρακτηρισμός του τοξικού κυανοβακτηρίου Cylindrospermopsis raciborskii
Creators: name: Πάνου, Ματθαίος Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2017
Subjects: Κυανοβακτήρια
Cylindrospermopsis raciborskii
Κυανοτοξίνες
Cyanobacteria
Cyanotoxins

description: Τα κυανοβακτήρια της τάξης Nostocales αντιπροσωπεύουν μια πρόκληση για τους ερευνητές λόγω του μεγάλου φάσματος των κυανοτοξινών που συνθέτουν και της ικανότητα τους να αποικίζουν ολοένα και περισσότερα ενδιαιτήματα, το οποίο πιθανώς ενισχύεται από την υπερθέρμανση του πλανήτη. Το είδος Cylindrospermopsis raciborskii είναι ένα κυανοβακτήριο που έχει μελετηθεί εκτενώς για την τοξικότητά του και το σχηματισμό πληθυσμιακών εκρήξεων, τα οποία έχουν επίδραση τόσο στο περιβάλλον όσο και στη δημόσια υγεία. Η σημερινή γεωγραφική κατανομή του, η οποία εκτείνεται σε διαφορετικά κλίματα, υποδηλώνει ότι το C. raciborskii είναι ένα κοσμοπολίτικο είδος. Στο πλαίσιο της παρούσας έρευνας επιχειρείται ο χαρακτηρισμός του στελέχους Cylindrospermopsis raciborskii TAU-MAC 1414, που απομονώθηκε πρόσφατα από τη Λίμνη Κάρλα και είναι το πρώτο στέλεχος C. raciborskii που απομονώνεται από την Ελλάδα, σε σχέση με το τοξικό του δυναμικό και τις φυλογενετικές του σχέσεις. Υπό το πρίσμα μιας πολυφασικής προσέγγισης, η τοξικότητα του στελέχους αξιολογείται τόσο με μοριακές (γονίδια που εμπλέκονται στη βιοσύνθεση κυανοτοξινών) όσο και με χημικές μεθόδους [υγρή χρωματογραφία συζευγμένη με φασματομετρία μάζας (LC-ESI-MS / MS)]. Η φυλογένεση εξετάζεται με βάση πέντε μοριακούς δείκτες (16S rRNA, 16S-23S rRNA ITS, cpcBA-IGS, nifH, rpoc1). Τα αποτελέσματα αναφέρουν για πρώτη φορά την παραγωγή MC-LR από ένα στέλεχος Cylindrospermopsis raciborskii. Τα γονίδια που εμπλέκονται στη βιοσύνθεση των μικροκυστινών αλληλουχήθηκαν και συζητήθηκε η προέλευσή τους. Η πολυφυλετικότητα των γονιδίων των μικροκυστινών οδήγησε σε μια υπόθεση ότι η ομάδα των γονιδίων αυτών υπήρχε στα στελέχη Cylindrospermopsis raciborskii και δεν είναι αποτέλεσμα οριζόντιας γονιδιακής μεταφοράς. Καμία άλλη τοξίνη δεν ανιχνεύθηκε με χημική ανάλυση, ούτε τα υπόλοιπα γονίδια που εξετάστηκαν ενισχύθηκαν. Όσον αφορά τη φυλογένεσή του, το Cylindrospermopsis raciborskii TAU-MAC 1414 ομαδοποιήθηκε με στελέχη από τις περιοχές της Μεσογείου, τη Βόρεια Αφρική (Τυνησία), τη Βόρεια Αμερική και τη Νότια Αμερική, σε αντίθεση με τα υπόλοιπα ευρωπαϊκά στελέχη που ομαδοποιήθηκαν με στελέχη από την Ασία, την Αυστραλία και την Ουγκάντα. Αυτό το πρότυπο, που υπάρχει σε όλους τους δείκτες που εξετάστηκαν, οδήγησε σε μια υπόθεση πολλαπλής διασποράς με πρωταρχικό κέντρο τη Νότια Αμερική. Η υπόθεση περιγράφει δύο οδούς διασποράς, τη διαδρομή προς τη Βόρεια Αμερική, στη συνέχεια στη Βόρεια Αφρική και πιο πρόσφατα στις μεσογειακές περιοχές, και τη διαδρομή προς την Κεντρική Αφρική, στη συνέχεια στην Αυστραλία και την Ασία και πιο πρόσφατα στην Ευρώπη
description: The Planktonic Nostocales cyanobacteria represent a challenge for researchers because of the wide range of cyanotoxins they synthesize and their invasive behavior, which is presumably enhanced by global warming. Cylindrospermopsis raciborskii is a cyanobacterial species extensively studied for its toxicity, bloom formation and invasiveness potential, which may have consequences to public and environmental health. Its current geographical distribution, spanning different climates, suggests that C. raciborskii has acquired the status of a cosmopolitan species. In the context of the present study, the characterization of strain Cylindrospermopsis raciborskii TAU-MAC 1414, which was recently isolated from Lake Karla representing the first strain isolated from Greek freshwaters, with respect to its toxic potential and phylogeny, is attempted. In the light of a polyphasic approach, strain’s toxicity is assessed with both genetic (genes implicated in the biosynthesis of cyanotoxins) and chemical methods [liquid chromatography coupled with electrospray ionization triple quadrupole mass spectrometry (LC-ESI-MS/MS)], while its phylogeny is examined based on five molecular markers (16S rRNA, 16S 23S rRNA ITS, cpcBA-IGS, nifH, rpoc1). The results report for the first time the production of MC-LR by a Cylindrospermopsis raciborskii strain. Genes implicated in the biosynthesis of microcystins were amplified and their origin is discussed. The ancient origin of the microcystin genes led to the hypothesis, that the microcystin cluster existed in Cylindrospermopsis raciborskii strains and it is not product of horizontal gene transfer. No other toxin was detected with chemical analysis nor the rest of genes screened were amplified. Regarding its phylogeny, Cylindrospermopsis raciborskii TAU-MAC 1414 clustered with strains from Mediterranean regions, Northern Africa (Tunisia), Northern America and South America, in contrast to the rest of European strains which clustered with strains from Asia, Australia and Uganda. This pattern, present in all the markers examined, led to a hypothesis of multi-dispersal with a primary center in South America. The hypothesis describes two dispersion routes, the first one to Northern America then to Northern Africa and most recently to Mediterranean regions, and the second one to Central Africa then to Australia and Asia and most recently to Europe.