Microrganismi che producono tossine: alghe e tossine algali

Alghe Dinoflagellate: cellule e tossine algali

Chiamate anche Dinoficee, sono organismi unicellulari con membrane interne che separano il nucleo dal citoplasma e racchiudono gli organuli cellulari. Queste alghe possiedono inoltre una parete cellulare di cellulosa con due solchi in cui si trovano alloggiati i due flagelli. Vivono nelle acque dolci e salate delle fasce climatiche tropicali e temperate. Molti di questi microrganismi sono alghe in grado di produrre tossine.

Generi Alexandrium, Gonyaulax e Gymnodinium

Alcune alghe Dinoflagellate possono presentarsi come cellule singole, altre sotto forma di brevi catene di cellule unite attraverso la parete cellulare. Proliferano nelle acque temperate e, quando si riproducono, possono dare luogo a vistose fioriture chiamate “maree rosse“. Come alcuni Cianobatteri (chiamati anche alghe azzurre), questi microrganismi producono la saxitossina, una temibile tossina paralitica. I molluschi bivalvi sono in grado di fissare la saxitossina nella loro ghiandola digestiva e di eliminarla solo successivamente. Il consumo di molluschi contenenti la tossina può essere letale, anche perché la saxitossina resiste alla cottura.

Karenia brevis: cellule e tossine algali

Immagine al microscopio elettronico a scansione di un esemplare di una cellula algale di Karenia brevis
Figura 1 – Immagine al microscopio elettronico a scansione di un esemplare di Karenia brevis [Fonte: Florida Fish and Wildlife Conservation Commission]

La specie Karenia brevis (Fig.1), un tempo chiamata Gymnodinium breve, ha dimensioni comprese tra i 20 e i 40 µm e abbonda particolarmente in Florida e nel Golfo del Messico, poiché la sua temperatura ottimale è 22-28°C. Durante le maree rosse di queste alghe, il microrganismo produce le brevetossine, polieteri ciclici liposolubili, resistenti al calore, che sono le tossine responsabili dell’avvelenamento neurotossico da molluschi (Neurotoxic Shellfish Poisoning). I sintomi sono perdita del controllo motorio, dolori muscolari e in caso di inalazione, irritazione e bruciore alla gola. Le brevetossine agiscono sui canali del sodio delle membrane dei neuroni e ne modificano la sensibilità elettrica, perciò i canali rimangono aperti per tempi più lunghi, ostacolando la trasmissione dei segnali nervosi. Queste sostanze non provocano la morte negli esseri umani, ma uccidono pesci e lamantini.

Genere Dinophysis: cellule e tossine algali

Immagini al microscopio elettronico a scansione di una Dinophysis acuminata a sinistra, e di una Dinophysis caudata a destra
Figura 2 – Immagini al microscopio elettronico a scansione di una Dinophysis acuminata a sinistra, e di una Dinophysis caudata a destra [Fonte: Sar et al., 2012]

Il genere Dinophysis (Fig. 2) comprende alghe unicellulari che misurano dai 30 ai 120 µm e vivono in acque marine tropicali e temperate. Oltre a svolgere la fotosintesi clorofilliana, si nutrono di altri microrganismi attraverso la fagocitosi e possono servirsi dei plastidi delle loro vittime per la fotosintesi. Non danno mai luogo a maree rosse di alghe, ma questi microrganismi producono le tossine acido okadaico e dinofisitossine, polieteri ciclici liposolubili che provocano l’avvelenamento diarroico da molluschi (Diarrhetic Shellfish Poisoning). I sintomi sono diarrea, dolori addominali, nausea e vomito: a causa dell’azione delle tossine sull’intestino. Le tossine sono in grado di legare e bloccare l’attività delle protein fosfatasi, di conseguenza i canali del sodio rimangono aperti e le cellule rilasciano sodio e liquidi nel tubo digerente. Il risultato di questa azione è una diarrea, che compare rapidamente dopo l’assunzione di mitili contaminati. Comunque non si sono mai registrati casi mortali.

Gambierdiscus toxicus: cellule e tossine algali

Immagine al microscopio elettronico a scansione di un esemplare di Gambierdiscus toxicus
Figura 3 – Immagine al microscopio elettronico a scansione di un esemplare di Gambierdiscus toxicus [Fonte: M. A. Faust]

Gambierdiscus toxicus (Fig. 3) è un’altra alga Dinoflagellata, che ha forma lenticolare, con una concavità sul lato dal quale si dipartono i due flagelli e può avere una colorazione arancione o marrone a causa dei diversi pigmenti fotosintetici. Vive nei mari tropicali e subtropicali (Oceano Atlantico, Golfo del Messico e Oceano Pacifico) perlopiù ricoprendo le superfici di alghe più grandi e dei coralli in decomposizione. Non produce le maree rosse, ma queste alghe, producendo ciguatossine e sono responsabili nell’uomo di un’intossicazione alimentare chiamata ciguatera. Le ciguatossine, attraverso la catena alimentare, si accumulano nelle carni dei pesci predatori più grandi, che sono poi consumati dagli esseri umani. Nemmeno la cottura e i succhi gastrici riescono a distruggere queste sostanze.

I sintomi della ciguatera sono di vario tipo: inizialmente si hanno nausea, vomito e diarrea, in seguito si va dal formicolio, al prurito, alla difficoltà a deglutire, fino alla perdita del controllo sui muscoli con contrazioni involontarie e perfino convulsioni e paralisi. Un sintomo curioso di questa malattia è la percezione invertita delle temperature, per cui i pazienti percepiscono una sensazione di caldo quando fa freddo e viceversa freddo quando fa caldo. Talvolta la ciguatera si manifesta attraverso eruzioni cutanee. Alla fase acuta della ciguatera segue una fase cronica che può durare per settimane, mesi o addirittura per anni.

Le ciguatossine agiscono con le stesse modalità delle brevetossine, cioè provocano l’apertura di alcuni canali del sodio sulle membrane delle cellule nervose, alterando così la corretta trasmissione dei segnali nervosi. Nonostante la ciguatera colpisca oltre 50 000 persone ogni anno, essa è solo occasionalmente fatale per l’uomo. A tutt’oggi contro le ciguatossine non esiste alcun antidoto.

Genere Ostreopsis: cellule e tossine algali

Cellule algali di Ostreopsis ovata al microscopio elettronico a scansione
Figura 4 – Esemplari di Ostreopsis ovata al microscopio elettronico a scansione [Fonte: Parco Nazionale delle Cinque Terre]

Le alghe Dinoflagellate Ostreopsis hanno una forma ovale o a goccia e vivono in tutti i mari. Alcune specie di Ostreopsis vivono sul fondale, mentre altre sono planctoniche, ossia si lasciano trasportare dall’acqua. Le specie planctoniche si manifestano con fioriture specialmente d’estate. A causa dell’abbondanza di questi organismi si possono verificare conseguenze negative per molti animali, come diminuzione dell’ossigeno disciolto, ostruzione delle branchie e accumulo di sostanze tossiche da parte di animali che si nutrono di alghe. Inoltre si avrebbero danni alla salute umana e danni economici al settore della pesca.

Le specie O. lenticularis, O. mascarensis, O. ovata e O. siamensis producono la palitossina, una delle sostanze non proteiche più tossiche conosciute. I casi di intossicazione comprendono persone che si sono nutrite di pesci o crostacei, o che hanno manipolato coralli, oppure che sono entrate in contatto le tossine durante le fioriture di alghe, anche soltanto respirando aria e goccioline contenenti questi microrganismi. La palitossina resiste anche alla cottura e provoca vari sintomi: naso che cola, febbre, tosse e a seconda dei casi anche vomito, nausea, alterazione dei sapori, dolori addominali, diarrea, paralisi muscolari, problemi a circolazione sanguigna e respirazione. Si conoscono alcuni casi di persone decedute in seguito all’intossicazione.

La palitossina agisce bloccando la pompa sodio-potassio, la più importante tra le proteine della membrana cellulare. In questo modo si alterano i flussi delle varie sostanze tra l’interno e l’esterno delle cellule e di conseguenza, i globuli rossi scoppiano a causa dell’entrata spontanea dell’acqua e le cellule muscolari volontarie e involontarie si contraggono, poiché c’è carenza di energia e troppo calcio libero nel citoplasma. Anche contro la palitossina non esistono antidoti, ma soltanto cure che hanno lo scopo di alleviarne i sintomi.

Alghe Diatomee: cellule e tossine algali

Le Diatomee, come le Dinoflagellate, sono un gruppo di alghe unicellulari provviste di un nucleo cellulare, ma a differenza delle Dinoflagellate, hanno sono avvolte da una parete cellulare ricca in silice. Questa parete è suddivisa in due strutture che danno a questo microrganismo l’aspetto di una scatola con il coperchio. Vivono in acqua salata e in acqua dolce e possono sopravvivere anche su terreni umidi e addirittura nel ghiaccio.

Genere Pseudo-nitzschia

Una cellula di Pseudo-nitzschia pungens che si trova all'estremità di una colonia lineare. Campione fissato in formalina e osservato al microscopio ottico
Figura 5 – Una cellula di Pseudo-nitzschia pungens che si trova all’estremità di una colonia lineare. Campione fissato in formalina e osservato al microscopio ottico [Fonte: M. Viprey]

Questi organismi hanno una forma lunga e stretta, e a causa del loro peso si depositano sui fondali, dove scivolano sulla mucillagine che essi stessi producono. Vivono in tutti i mari e spesso formano colonie lineari. In occasione delle fioriture di alghe, questi microrganismi producono elevati livelli di acido domoico, la tossina responsabile dell’avvelenamento amnesico da molluschi (Amnesic Shellfish Poisoning). L’acido domoico è un composto organico, che si scioglie in acqua, può accumularsi nei molluschi filtratori e resiste alla cottura.

I sintomi nell’uomo compaiono dopo 24 ore, con nausea, vomito e diarrea. Dopo 48 ore si manifestano disorientamento, stato confusionale e perdita della memoria a breve termine. Un’intossicazione da acido domoico, avvenuta in Canada nel 1987, ha provocato la morte di tre persone. L’acido domoico agisce legando i recettori del glutammato e dell’aspartato presenti sulle cellule nervose del cervello, e provoca l’aumento del calcio nel citoplasma, e conseguenti danni fino alla morte cellulare in particolare nelle aree del cervello deputate all’apprendimento e alla memoria. Anche per questa intossicazione non esistono trattamenti specifici.

Fonti

  • Kim M, Nam SW, Shin W, Coats DW, Park MG. Dinophysis caudata (Dinophyceae) sequesters and retains plastids from the mixotrophic ciliate prey Mesodinium Rubrum. J. Phycol. 2012;48:569-79.
  • Reguera B, Velo-Suárez L, Raine R, Park MG. Harmful Dinophysis species: A review. Harmful Algae 2012;14:87-106.
  • Lelong A, Hégaret H, Soudant P, Bates SS. Pseudo-nitzschia (Bacillariophyceae) species, domoic acid and amnesic shellfish poisoning: revisiting previous paradigmsPhycologia 2012 Mar;51(2):168-216.
  • Lim HC, Leaw CP, Su SN, Teng S, Usup G, Mohammad-Noor N et al. Morphology and Molecular Characterization of Pseudo-Nitzschia (bacillariophyceae) from Malaysian Borneo, Including the New Species Pseudo-Nitzschia Circumpora Sp. Nov. J. Phycol. 2012 Oct;48(5):1232–47. 
  • Hoagland P, Jin D, Beet A, Kirkpatrick B, Reich A, Ullmann S et al. The human health effects of Florida Red Tide (FRT) blooms: An expanded analysis. Environ. Int. 2014 Jul;68:144-53.
  • Walsh CJ, Butawan M, Yordy J, Ball R, Flewelling L, de Wit M et alSublethal red tide toxin exposure in free-ranging manatees (Trichechus manatus) affects the immune system through reduced lymphocyte proliferation responses, inflammation, and oxidative stress. Aquat. Toxicol. 2015 Apr;161:73-84.
  • Patocka J, Gupta RC, Wu QH, Kuca K. Toxic potential of palytoxin. J. Huazhong Univ. Sci. Technol. Med. Sci. 2015 Oct;35(5):773–80.
  • McCabe RM, Hickey BM, Kudela RM, Lefebvre KA, Adams NG. An unprecedented coastwide toxic algal bloom linked to anomalous ocean conditionsGeophys. Res. Lett. 2016 Sep;43(19):10366–76.
  • Bates SS, Hubbard KA, Lundholm N, Montresor M, Leaw CP. Pseudo-nitzschia, Nitzschia, and domoic acid: New research since 2011. Harmful Algae 2018 Nov;79:3–43.
  • Vilas D, Buszowski J, Sagarese S, Steenbeek J, Siders Z, Chagaris D. Evaluating red tide effects on the West Florida Shelf using a spatiotemporal ecosystem modeling frameworkSci. Rep. 2023 Feb;13(1):2541.
Crediti immagini
  • Immagine in evidenza: https://www.meteoweb.eu/wp-content/uploads/2019/06/marea-rossa-ok.jpeg.webp
  • Figura 1: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a0/Karenia_brevis.jpg?20071215132645
  • Figura 2: https://www.researchgate.net/profile/Eugenia-Sar/publication/233741479/figure/fig1/AS:300038501748737@1448546161611/A-SEM-micrography-of-Dinophysis-acuminata-B-SEM-micrography-of-Dinophysis-caudata.png
  • Figura 3: https://www.cfs.gov.hk/english/multimedia/multimedia_pub/images/multimedia_pub_fsf_51/Gambierdiscus.jpg
  • Figura 4: https://www.parconazionale5terre.it/fotoNews/PN5TRnov36423-img1.jpg
  • Figura 5: https://planktonnet.awi.de/repository/rawdata-PlanktonNet2/viewable/vaulot_pseudo-nitzschia-pungens-0005_sbpw_20061128192525_w.jpg
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Sascha Greguoldo

Sono Sascha Greguoldo, laureato in Scienze Biologiche all'Università di Padova e sono appassionato di Microbiologia e Divulgazione Scientifica

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