Impactos y manejo de algas tóxicas en moluscos

V. Monica Bricelj Institute of Marine & Coastal Sciences, Rutgers University, New Brunswick, NJ, USA Profesora visitante UABC: [email protected] PSP = VPN

ASP = VAM Expansion global de toxinas PSP Presencia del productor de PSP (Gymnodinium catenatum) en Baja y Sur de Mexico (Bandt- Schmidt et al 2010))

1970

U.S. National Office for Marine Biotoxins and HABs, Woods Hole 2006 MA Expansión de PSP causado por Alexandrium catenella en Chile,1972 - 2009 (cortesía de L. Guzmán, Inst. De Fomento Pesquero, 2015)

Los Lagos 40°13’ – 43°03 48,583 Km2

Aisén 43°38’ – 49°16’ 109,444 Km2

Magallanes 48°39’ – 56°32’ 132,033 Km2

• Zona afectada entre 41o y 55o

• Expansión de sur a norte Hong Kong

Programa GOMTOX (2007-2011) 2001. APEC #201-MR-01.1 & IOC Tech Series No 59, Paris Deep Sea Res. 103 (2014) CANADA USA

Spisula Arctica Placopecten solidissima islandica magellanicus

surfclam quahog escalopa

US$ 3 billones OBJETIVOS DE GOMTOX

• Evaluar si las 3 spp. de moluscos de aguas profundas podían ser explotadas desde el cierre por PSP en 1989

• Establecer un protocolo de monitoreo de toxinas PSP en moluscos en 2 fases (aprobado por la ISSC): 1) Detección rápida (“screening”) a bordo

2) Análisis confirmatorio del producto que llega al punto de embarque (ensayo ratón) previo a la comercialización

• Determinar la fuente de contaminación de moluscos de aguas profundas Transferencia de toxinas en la red trófica Acido demoico en la costa Pacífica de Estados Unidos (CA, WA)

Anchoas Pájaros, e.g. pelícanos Pseudo-nitzschia spp. – microalgas productoras de ácido demoico Mamíferos marinos , e.g. Navajas nutrias de mar Siliqua patula +

Cangrejos Cancer magister

Humanos Los bivalvos son los principales vectores de ficotoxinas a los humanos pero también pueden trasferirlas a consumidores secundarios en el bentos Acumulación de brevitoxinas (PbTxs) en macrofauna bentónica durante un florecimiento de 9 días de Karenia brevis (100 to 1200 cells ml-1) en la Bahia de Sarasota, Forida

Clausura de cosecha de moluscos - 5 cells/ml

)

1

- 6 Bivalvos 5

húmedo 4 Gastrópodos carnívoros

peso 3 Crustáceos

3 (g (g 3 2 - (anfípodos) 1 Nivel Regulatorio

µg PbTx µg 0 Poliquetos 2-Feb 8-Feb 9-Feb 11-Feb Bricelj et al. Harmful Algae (2012) DIFERENCIAS EN LA TOXICIDAD Y RIESGO A LA SALUD PUBLICA ENTRE ESPECIES DE BIVALVOS Diferencias entre especies de bivalvos en la acumulación de PSP Toxicidades máximas de spp. de NorteAmérica contaminadas en el ambiente natural

Mytilus edulis Crassadoma gigantea nuttalli Saxidomus giganteus Mya arenaria Spisula solidissima gigas S. nuttalli R. philippinarum Chlamys hastata P. staminea Chlamys rubida capax Siliqua costata Mercenaria mercenaria directus Siliqua patula Crassostrea virginica 0 5 10 15 20 25 30 35 30 25 20 15 10 5 0 Toxicidad PSP (mg STXeq/100g) x 103 Mejillones Almejas Escalopas Ostras Nivel Regulatorio = 80 µgSTXeq/100g • Las especies difieren en un factor de hasta 100x en su capacidad de acumular toxinas. Se debe a diferencias en la susceptibilidad de los nervios a la saxitoxina •Algunas spp. son mejores candidatos para la acuicultura en regiones afectadas por mareas rojas Contaminación por ácido demoico (DA)

-1 -1

) Whole body (< 100 mg.g ) (> 100 mg.g ) 1

- 100 1500

90 )

(µg g (µg Ostras

-1 Alemejas

80 1300

g.g Mejillones Escalopas m 70 Otros 1100

demoico 60

900 50 Crassostrea gigas ácido 40 700

de de Nivel Regulatorio

30 -1 = 20 mg.g 500

Domoic acid content ( content acid Domoic 20 300

10 Contenido 0 100

• El ranking de toxicidad entre especies difiere para distintas toxinas (PSP vs. DA) Florecimiento anómalo de Pseudo-nitzschia a bajas temperatures resultó en cierre de toda la explotación

costera de bivalvos en el NO de Canada

Mejillones 250 Osteones

200

tejidos

)

en

1

- 150

µg g µg 100

( 12oC domoico En el campo mejillones, Mytilus edulis, 50 Nivel Regulatorio alcanzaron 200 mg DAg-1); ostiones, -1 cido 0 Crassostrea virginica  0.9 mg g A 0 2 4 6 8 10 12 14

Dias de contaminación

En el laboratorio mejillones alcanzaron 70x la toxicidad de ostiones (Mafra et al. Aquatic Toxicol. 27 – 2010) • Se debe a diferencias fisiológicas, morfológicas entre las 2 spp • Es viable el manejo de biotoxinas por especie para reducer las pérdida económicas

Efecto de la temperatura en el ostión Americano Crassostrea virginica

Crassostrea virginica - 1.6

100 (ml min ) min (ml

- 2.53 1.2 y = 0.001x 80 R 2 = 0.99 60 0.8

40 bombeando

filtración 0.4 20

% % de de

0 0.0 0 10 20 30 0 5 10 15 20 ° Tasa o (oC) TemperaturaTemperature ( C) ( C) Temperatura

• Esta especie generalmente no acumula biotoxinas PSP o DA > Nivel Regulatorio a temperaturas ≤ 10oC debido a su baja tasa de filtracion a bajas temperaturas

• El riesgo de toxicidad por la ingestión de algas tóxicas en esta spp. es mínimo hasta que la temperatura supera este nivel. El monitoreo en CT/NY USA generalmente no se inicia hasta Abril-Mayo Compartimentalización anatómica de toxinas PSP Músculo aductor Roe-on product en escalopas (músculo + gonada) Gonada

Pie

Mactromeris polynyma – Arctic surf – Hoki Gai • El tejido muscular (músculo aductor de escalopas y pie de almejas) en general no contiene toxinas PSP CON EXCEPCIONES (pie de Concholepas chileno)! • La gonada de Placopecten magellanicus ocasionalmente alcanzo niveles de PSP > 80 µg STX/100 g en Georges Bank, pero no en el mid-Atlantico entre 2004-2007, sugiriendo • que estas poblaciones podrian ser explotadas No existe una buena correlacion entre la comercialmente (adductor + gonada = “roe-on toxicidad del digestivo y la de la gonada market”) – dificil de predecir

30+ derivados de toxinas PSP NEUROTOXINAS

Acido demoico (DA)

Potencia muy variable Liga a receptores de ácido glutámico - causa pérdida de memoria

Bioensayo ratón MODO DE ACCIÓN Ligan al poro del canal de Na+, bloquean la entrada de Na+ y causan parálisis Métodos químicos para análisis de ficotoxinas

HPLC-FD LC-MS/MS C16:0-OA Cromatografía líquida de Espectrometría AZA alta resolución C16:0-DTX2 de masas PTX2sa "DTX3" PTX2 DTX1

C18:1 DTX2 OA AZA2 C16:1 m/z SpiroD 1086.7 SpiroB 1060.7

DA 1104.7 AZA3 l 856.5

Fluorescencia 842.5 828.5

Fluorescencia 876.5 894.5 836.5 822.5 708.5 694.5 312.1 0 5 10 15 20 Time (min)

• La ventaja del LC-MS/MS, aunque más costoso es que permite el monitoreo de la mayoría de las toxinas con un solo análisis Tests rápidos, immunológicos para análisis in situ de toxinas PSP (Immunocromatografía de flujo lateral)

JRT

Abraxis test kit (foto de DeGrasse/FDA • Los ensayos in situ son útiles como pre-screening, cuando el sitio de producción esta muy alejado, y la zona a minto es muy extensa PROBLEMAS: - Falsos + cuestan al productor (alto # del JRT durante GOMTOX) - Falsos - afectan la salud pública - No siempre son cuantitativos - No indican el perfil de toxinas PSP

• El Jellet kit fue calibrado con una cepa de alga tóxica (Gt429) con un perfil de toxinas que puede ser muy ≠ de las cepas locales. Ejemplo de florecimientos en Long Island, NY (~90% C), y en el Golfo de Maine, GoM (1% C+B). STX NEO

C1/2 C GTX2/3 GTX2,3 Las cepas en GoM tienen ~90% de GTXs

B1 B GTX1/4 GTX1,4 Importancia de la disponibilidad de estandards de toxinas puras NRC Certified Reference Materials Program (CRMP), Halifax, Canada

• Acido Demoico • Acido Okadaico • Toxinas PSP (STX, NEO, GTX1-4) • Otras toxinas emergentes: PTXs, AZAs, YTX, SPX

CRMs de tejidos de moluscos

• Acido demoico (ASP-Mus) • Acido Okadaico (DSP-Mus) • Toxinas PSP, AZP Transformación/metabolismo de toxinas PSP en la almeja S. solidissima

VISCERA STX dcSTX A. fundyense Detoxificación 100

NEO GtCA29

dcGTX2 80 0.8% STX dcGTX3 GTX3 60 GTX2 28% 40 GTX1 60% Molar % GTX4 20 o Cx 0 21 C 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Dias • Esta spp. es lenta en eliminar toxinas (años)

• Tiene alta capacidad de transformación de toxinas ingeridas (proceso enzimático) de menos a más potentes, y retención de toxinas PSP Bricelj et al. Harmful Algae (2014) PROGRAMAS DE MONITOREO Programas de monitoreo de biotoxinas en moluscos de aguas costeras • Utilizan especies (bivalvos con altas tasas de filtración del plancton) que proveen detección precoz porque acumulan toxinas rápidamente, y alcanzan altos niveles de toxicidad – Spp. de amplia distribución geográfica - el mejillón

• La época del año, los sitios y la frecuencia de muestreo se basan en informacion histórica regional, i.e. probabilidad de que ocurran florecimientos

• Los cierres de explotación de zonas costeras pueden diferir entre especies comerciales o producto consumido – menor impacto ecónomico ESP • El monitoreo puede 2ariamente incluir el plancton como complemento o pre-aviso pero no exclusivamente Desarrollo de tecnologías avanzadas de detección de algas tóxicas in situ: Environmental Sample Processor ESP Elementos importantes de un programa de monitoreo regional

• Definición de los objectivos

• Definición clara de las responsabilidades entre agencias/organismos de gobierno

• Flexibilidad (e.g. cambiar la frecuencia del muestreo dependiendo de la situación)

• Identificar las especies a muestrear (especie indicadora y/o especies explotadas)

• Colaboración entre instituciones CONCLUSIONES

• El conocimiento de la biología del organismo y la química de las toxinas es clave para entender procesos a nivel del ecosistema y para el manejo eficiente de recursos en areas afectadas

• No se puede extrapolar fácilmente entre especies o entre ficotoxinas

Población Ecosystem

In vitro nerve sensitivity of bivalves to saxitoxin

COMMON Block of action potential by STX (g/ml) BIVALVE sp -8 -7 -6 -5 -4 -3 NAME 10 10 10 10 10 10 3.34 mM Mya arenaria resistant c softshell 0 0 0 0 0 nd Mytilus edulisa blue 0 0 0 0 0 nd a Placopecten magellanicus sea 0 0 0 0 0 nd SENSITIVITY Humilaria kennerleyi b Kennerly venus 0 0 0 0 0 (+) Mercenaria mercenariaa northern quahog 0 0 0 0 (+) nd b Saxidomus giganteus butter clam 0 0 0 0 (+) + Saxidomus nuttalli b Washington clam 0 0 0 0 (+) + Geukensia demissaa ribbed mussel 0 0 0 0 + nd b

TOXICITY truncate softshell 0 0 0 (+) + + Argopecten irradiansa bay scallop 0 0 0 (+) (+) nd Mya arenaria sensitive c softshell 0 0 (+) + + + b fat gaper 0 0 (+) + + + Protothaca stamineab Pacific littleneck 0 (+) (+) + + + Crassostrea virginicaa eastern 0 + + + + nd +: block; (+): partial block; 0: no effect; nd: not determined aTwarog et al. 1972; bKvitek & Beitler 1991; cBricelj et al. 2005 Karenia brevis, microalga productora de berevitoxinas en el Inhalación de Golfo de Mexico aerosoles en las playas

Algas epífitas adheridas a Problemas respiratorios en pastos marinos de Zostera humanos marina

Mamíferos marinos herbívoros – Manatíes (Trichetus) vacas de mar Riesgos en la transferencia de semilla de moluscos de regiones afectadas for biotoxinas

Desarollo de protocolos para permitir la transferencia de semilla de areas afectadas por florecimientos de algas toxicas

• Considerar la presencia de celulas vegetativas o quistes de dinoflagelados toxicos en los biodepositos como fuente de contaminacion.

• Diferencias en las tasas de detoxificacion entre especies de moluscos y en base a la talla