MECANISMOS FISICO- QUIMICOS DE LA DEGRADACIÓN DE LA …

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTOacuteNOMA DE MEacuteXICO

PROGRAMA DE MAESTRIacuteA Y DOCTORADO EN INGENIERIacuteA

MECANISMOS FISICO-QUIMICOS DE LA

DEGRADACIOacuteN DE LA TOXINA MICROCISTINA-LR

T E S I S QUE PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRO EN INGENIERIacuteA ( A M B I E N T A L ) P R E S E N T A

Q I MARIA DOLORES MARTINEZ SALGADO

D I R I G I D A P O R DRA GABRIELA E MOELLER CHAacuteVEZ

MEacuteXICO DF ABRIL 2006

AGRADECIMIENTOS Agradezco al Instituto Mexicano de Tecnologiacutea del Agua por el apoyo brindado a la realizacioacuten de esta tesis asiacute como a la Coordinacioacuten y Subcoordinacioacuten de Calidad del Agua En especial a los que colaboran en esta Subcoordinacioacuten por brindarme todo su apoyo MC Juan Garciacutea Biol Lorena Castillo Q Manuel Saacutenchez MC Juana E Corteacutes Biol Javier Saacutenchez Q Filis Moreno Srita Clotilde Peacuterez QSixto Peacuterez MC Victor Ramiacuterez MC Luis Bravo Biol Martha Millaacuten MC Silvia Gelover IQ Rosario Figueroa MC Martha Aviles A la FES Iztacala por toda su colaboracioacuten en los muestreos e identificacioacuten de los microorganismos en especial al Dr Pedro Ramiacuterez y a la Biol Dolores Hurtado A CONACYT por otorgarme la beca para lograr realizar este trabajo En especial al MC Evaristo Martiacutenez Romero por compartir sus conocimientos y experiencias por todo su apoyo incodicional su tiempo y su paciencia al dirigir este trabajo iexclMuchas Gracias por ser un excelente ser humano por su carintildeo y sobre todo por su amistad y la de su familia A la Dra Gabriella Moeller Chaveacutez por su confianza y apoyo al asesorar este trabajo A mis revisores de tesis por todo su apoyo para la culminacioacuten de este trabajo por su paciencia en la revisioacuten y sus acertados comentarios a este trabajo MC Catalina Maya Rendoacuten MC Isaura Yantildeez Noguez Dr Erick R Bandala Gonzaacutelez Dr Victor Manuel Luna Pabello

DEDICADA A A DIOS POR GUIARME Y ESTAR SIEMPRE A MI LADO A MI FAMILIA POR SU APOYO Y COMPRENSIOacuteN EN ESPECIAL A MI EXCELENTE MAMAacute POR SER UN GRAN SER HUMANO Y ESTAR SIEMPRE CONMIGO A MI TIO FIDENCIO SALGADO POR COMPARTIR TRIUNFOS Y FRACASOS POR TODO SU APOYO Y CARINtildeO GRACIAS POR HABER SIDO MAacuteS QUE UN PADRE A MI HIJO CARLOS RUBEacuteN POR LLENAR MI VIDA DE LUZ Y ENERGIacuteA Y AYUDARME A SER MEJOR CADA DIA

INDICE 1-RESUMENhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip1 2-INTRODUCCIONhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3 21-VALLE DE BRAVOhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3 22-EUTROFICACIONhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5 221-Efectos de eutroficacioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6 222-Normatividad para el control de la eutroficacioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphellip6 23-NUTRIENTEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8 24-CIANOBACTERIAS (algas verde-azules)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip9 a-Caracteristicas generales de las cianobacteriashelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip10 b-Microcytis aeruginosahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip13 3-PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14 31-PROBLEMATICA EN MEacuteXICOhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14 4-MARCO TEORICOhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18 41-CLASIFICACIOacuteN DE LAS TOXINAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18 411-Citotoxinashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18 412-Biotoxinashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18 413-Neurotoxinashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19 414-Hepatotoxinashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19 4141-Microcistinashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip20

a-Principales caracteriacutesticas de la toxina Microcistina-LRhellip21 b-Toxicidad de las cianotoxinashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24 42-DIFERENTES TIPOS DE TOXICIDADhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24 421-Limites establecidos para Microcistinashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip27 43-FLORECIMIENTO (ldquoBLOOMrdquo)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28 44-CULTIVO AISLAMIENTO Y METODOS PARA LA DEGRADACIOacuteN DE MICROCISTINA-LRhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

441-Meacutetodos conocidos de cultivo y concentracioacuten de Microcistinashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30 442-Meacutetodos para la degradacioacuten de Microcistinashelliphelliphelliphelliphelliphellip31 4421-Fentonhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31 4422-Foto-Fentonhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32

5-HIPOTESIShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip33 6-OBJETIVO GENERALhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip33 61-OBJETIVOS PARTICULAREShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip33 7-METODOLOGIAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

71-OBTENCIOacuteN DE LA TOXINA MICROCISTINA-LRhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34 72-CONCENTRACIOacuteN Y PURIFICACIOacuteN DE LA TOXINAhelliphelliphelliphelliphelliphellip34 73-METODO ANALITICO (CROMATOGRAFIA DE LIQUIDOS DE ALTA RESOLUCION)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35 74-DEGRADACION DE LA TOXINA MICROCISTINA-LR MEDIANTE METODOS DE OXIDACION AVANZADOS DE RADIACION UV FENTON Y FOTOFENTONhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36 741-Radiacioacuten con UVhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36 742-Reaccioacuten Fentonhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37 743-Reaccioacuten Foto-Fentonhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38 8-RESULTADOS ANALISIS Y DISCUSIONhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39 81-MUESTREO EN VALLE DE BRAVOhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39 82-ESTAacuteNDARhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip41 83-TECNOLOGIacuteAS AVANZADAS DE OXIDACIOacuteNhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip41 9-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51 10-ANEXOShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip54 101-ANEXO 1helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip54 102-ANEXO 2helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip58 103-ANEXO 3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip64 11-BIBLIOGRAFIAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

INDICE DE FIGURAS Figura 1-Mapa de la Presa de Valle de Bravohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3 Figura 2-Aportacioacuten de contaminantes a los cuerpos de aguahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8 Figura 3-Estructura general de las hepatotoxinashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11 Figura 4-Microcystis aeruginosa obtenida del cultivo con BG11 realizado en el laboratorio de Calidad del agua (IMTA)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip13 Figura 5-Estructuras conocidas de Microcistinashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22 Figura 6-Isoacutemero especular de la Microcistina-LRhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23 Figura 7-Concentracioacuten de Microcistina-LR durante los meses del antildeo 2001 en tres estaciones de Valle de Bravohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39 Figura 8- Concentracioacuten de Microcistina-LR durante los meses del antildeo 2002 en tres estaciones de Valle de Bravohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40 Figura 9-Concentracioacuten de Microcistina-LR presentada en la estacioacuten Cortina durante los meses del periacuteodo 2001-2002helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40 Figura 10-Curva de Calibracioacuten de MC-LR preparada con un estaacutendar adquirido comercialmente de concentracioacuten conocida (500 microg liofilizado)helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip41 Figura 11-Microcistina-LR expuesta a radiacioacuten continua de UV λ=365nm durante 150 minutoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42 Figura 12-Tratamiento de MC-LR utilizando el reactivo de Fenton (Fe2SO4 y H2O2)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip43 Figura 13-Tratamiento de MC-LR con Foto-Fenton a diferentes concentraciones de peroacutexido de hidroacutegenohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44 Figura 14-Cromatograma del estaacutendar de MC-LR adquirido de concentracioacuten conocida (10microgml) y la toxina purificada obtenida de Valle de Bravohelliphelliphelliphelliphellip45 Figura 15-Comparacioacuten de un estaacutendar de 6 microgml de MC-LR adquirido comercialmente y la MC-LR degradada con Foto-Fenton (025 mM de Fe+2

y 015 mM de H2O2) despueacutes de ser irradiada en forma continua durante 15 minutoshellip46 Figura 16-Cromatograma de la desaparicioacuten de la sentildeal de MC-LR despueacutes de ser sometida a degradacioacuten por Foto-Fenton durante 20 minutoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46

Figura 17- Cineacutetica de degradacioacuten de MC-LR tratada con Foto-Fenton (025 mM de Sulfato de Fierro y 015 mM de Peroacutexido de hidroacutegeno)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip47 Figura 18-Cineacutetica de degradacioacuten de MC-LR tratada con Fotofenton (025 mM de Sulfato de Fierro y 025 mM de Peroacutexido de hidroacutegeno)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip48 Figura 19- Cineacutetica de degradacioacuten de MC-LR tratada con Foto-Fenton (025 mM de Sulfato de Fierro y 05 mM de Peroacutexido de hidroacutegeno)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip49 Figura 20-Arrastre con red fitoplanctonica de 70micromhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59 Figura 21-Concentracioacuten de Cianobacteriashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59 Figura 22-Obtencioacuten de la muestra los voluacutemenes de muestra variaron para la concentracioacuten y purificacioacuten de la toxina fueron de 20 litroshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59

INDICE DE TABLAS Tabla 1-Clasificacioacuten de los lagos de acuerdo a su carga interna de nutrienteshellip5 Tabla 2-Limites maacuteximos permisibles de la NOM-001-SEMARNAT-1996helliphelliphellip7 Tabla 3-Toxinas producidas por las diferentes cepas de cianobacteriashelliphelliphelliphellip19 Tabla 4-Pesos Moleculares de algunas Microcistinashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21 Tabla 5-Toxicidad aguda de varias cianotoxinashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21 Tabla 6-Lugares donde se han presentado florecimientos toacutexicoshelliphelliphelliphelliphelliphellip29 Tabla 7-Tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31 Tabla 8-Pruebas de Foto-Fenton con irradiacioacuten continua manteniendo una concentracioacuten constante de sulfato de fierro de 025 mMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip43 Tabla 9-Cineacutetica de degradacioacuten de Microcistina-LR utilizando Foto-Fenton (015 mM de peroxido de hidroacutegeno con una concentracioacuten constante de sulfato de fierro de 025 mM)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip47 Tabla 10-Cineacutetica de degradacioacuten utilizando 025 mM de peroxido de hidroacutegeno con una concentracioacuten constante de sulfato de fierro de 025 mMhelliphelliphelliphelliphellip48 Tabla 11-Cineacutetica de degradacioacuten utilizando 05mM de peroxido de hidroacutegeno con una concentracioacuten constante de sulfato de fierro de 025mMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip49 Tabla 12-Muestras de Microcistina-LR de valle de bravo durante el periodo de enero a diciembre de 2001helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55 Tabla 13-Muestras de Microcistina-LR de valle de bravo durante el periodo de enero a diciembre de 2002helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip56 Tabla 14- Concentracioacuten de MC-LR en la estacioacuten cortina durante los antildeos 2001 y 2002helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip57 Tabla 15-Diferentes Medios de cultivo utilizados en varios antildeos por diferentes autoreshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip62 Tabla 16-Degradacioacuten de MC-LR por exposicioacuten a luz ultravioleta a 365nmhelliphellip65 Tabla 17- Resultados de la prueba de Fenton con diferentes concentracioneshellip65

MECANISMOS FISICOQUIMICOS DE LA DEGRADACION DE LA TOXINA MICROCISTINA-LR TESIS DE MAESTRIA EN INGENIERIA AMBIENTAL MARIA DOLORES MARTINEZ SALGADO

1-RESUMEN Muchos cuerpos de agua experimentan actualmente la denominada eutrofizacioacuten antroacutepica (como resultado de la actividad humana) por el aumento poblacional la urbanizacioacuten la agricultura la mineriacutea el aporte de aguas residuales y desechos de la industria alimentariacutea entre otras Uno de los principales efectos es el florecimiento de diferentes microorganismos entre los que se encuentran las cianobacterias que forman grandes colonias principalmente en cuerpos de agua con altos niveles troacuteficos El florecimiento de las cianobacterias representa un problema para los cuerpos de agua de uso domeacutestico industrial y de recreo debido principalmente al incremento en la produccioacuten de metabolitos toacutexicos los cuales tienen un efecto letal sobre los diversos organismos habitantes de los cuerpos de agua De las especies unicelulares Microcystis causa la mayoriacutea de los problemas de toxicidad y durante el verano domina la sucesioacuten anual de cianobacterias Desde hace tiempo se tiene conocimiento de la presencia de toxinas cianobacterianas pero estas soacutelo se habiacutean asociado con la muerte de animales domeacutesticos Recientemente en Brasil la muerte de 88 personas y el dantildeo renal en 50 pacientes que requirieron hemodiaacutelisis se asocioacute con la presencia de la cianobacteria Microcystis aeruginosa principal productora de la cianotoxina Microcistina-LR La muerte por intoxicacioacuten debida a microcistinas se presenta como consecuencia de un shock hipovoleacutemico secundario o hemorragia del hiacutegado Los estudios post-mortem muestran incremento en el peso del hiacutegado y en la concentracioacuten de hemoglobina hepaacutetica y de hierro Reportes en Estados Unidos y Australia sentildealan la presencia de casos por intoxicacioacuten al ingerir agua proveniente del suministro municipal Esto se produjo al pretender eliminar con sulfato de cobre las ceacutelulas durante un florecimiento lo que suscitoacute la liberacioacuten de altos niveles de toxinas hacia el sistema de distribucioacuten ocasionando la intoxicacioacuten de varios individuos La Presa Valle de Bravo y los diferentes cuerpos de agua que conforman el sistema Cutzamala proveen cerca del 30 del agua potable a los aproximadamente 6000000 de habitantes de la ciudad de Meacutexico tal cuerpo de agua ha presentado desde 1998 a la fecha florecimientos cianobacterianos En dicho embalse durante casi seis meses (de junio a noviembre) del antildeo se aprecia la presencia de cianobacterias siendo junio el mes con el mayor valor de concentracioacuten de la toxina microcistina-LR (Ramiacuterez 2004) La toxina una vez liberada al agua tiene una vida media relativamente alta de aproximadamente 1 antildeo por lo que se presentan los procesos de intoxicacioacuten Debido a esto es necesario desarrollar metodologiacuteas que permitan la eliminacioacuten de la toxicidad producida por estos componentes

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Para la inactivacioacuten y degradacioacuten de la cianotoxina Microcistina-LR el presente trabajo propone tres procesos de oxidacioacuten avanzada (radiacioacuten Ultravioleta meacutetodo de Fenton y Foto-Fenton) La comparacioacuten se realizoacute utilizando un estaacutendar comercial con concentracioacuten conocida de toxina como referencia y su identificacioacuten mediante el uso de un Cromatoacutegrafo de Liacutequidos de Alta Resolucioacuten para realizar la deteccioacuten y cuantificacioacuten de dicha toxina y asiacute comparar la efectividad de cada uno de los tratamientos utilizados Se concentroacute y purificoacute la toxina Microcistina-LR obtenieacutendola de la Presa de Valle de Bravo de la estacioacuten Cortina se compararon tres procesos de oxidacioacuten avanzada para su inactivacioacuten y degradacioacuten

bull radiacioacuten UV bull aplicacioacuten de reactivo de Fenton y bull aplicacioacuten del proceso de Foto-Fenton

La radiacioacuten UV en forma continua se realizoacute durante 150 minutos con una laacutempara de 36 W (WHI-36W-PLL Philips Lighting Company) de λ=365 nm con la cual no hubo degradacioacuten por lo cual es una teacutecnica inapropiada para degradar microcistina-LR Al aplicar el reactivo de Fenton a concentraciones de 015 y 025 mM de peroacutexido de hidroacutegeno y manteniendo constante el sulfato de fierro a 025 mM no se observa degradacioacuten alguna Ocurrioacute una situacioacuten similar cuando se aplicoacute una concentracioacuten 10 veces mayor (25 mM de sulfato de fierro y 5 mM de peroacutexido de hidroacutegeno Los mejores resultados se observaron al utilizar el reactivo de fenton con radiacioacuten UV (Foto-Fenton) con el que se probaron concentraciones de 015 025 y 05 mM de peroacutexido de hidroacutegeno y una concentracioacuten constante de sulfato de fierro de 025 mM dando en los tres casos degradacioacuten del 80 a los 20 minutos con una cineacutetica de degradacioacuten que se ajusta a una ecuacioacuten de primer orden La concentracioacuten de 015 mM es la que necesitoacute menor cantidad de peroacutexido de hidroacutegeno y con la que la ecuacioacuten de primer orden dio un rand2=08864 mayor a los obtenidos con las concentraciones de 025 y 05 mM de peroacutexido Utilizando el meacutetodo de Foto-fenton con concentraciones de 015 mM de peroacutexido de hidroacutegeno y 025 mM de sulfato de fierro y utilizando un tiempo de reaccioacuten de 20 minutos se degradoacute el 80 de la toxina por lo que resultoacute un meacutetodo raacutepido y de menor costo que las otras a concentraciones probadas Es necesario realizar maacutes experimentos variando la concentracioacuten de sulfato de fierro para probar si es posible disminuir la cantidad utilizada o si a mayor concentracioacuten disminuye el tiempo de reaccioacuten

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2-INTRODUCCION 21 VALLE DE BRAVO El embalse de Valle de Bravo estaacute ubicado dentro de la regioacuten hidroloacutegica del Riacuteo Balsas cubre la porcioacuten Sur del Estado de Meacutexico y constituye la cuenca maacutes grande que drena la entidad esta cuenca esta constituida por importantes embalses de cuerpos de agua destinados a la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica La cuenca aporta voluacutemenes muy importantes de agua que al potabilizarse se destinan al uso y consumo humano en el Distrito Federal parte del Valle Cuautitlaacuten -Texcoco y de la ciudad de Toluca siendo asiacute parte del sistema Cutzamala Tambieacuten se cuenta con arroyos de caudal intermitente durante la eacutepoca de lluvias asiacute como manantiales ojos de agua y un lago artificial conocido como La Presa de Valle de Bravo que forma parte del sistema hidroeleacutectrico Miguel Alemaacuten perteneciente al sistema Cutzamala La Presa de Valle de Bravo se encuentra localizada en el estado de Meacutexico en el municipio del mismo nombre y tiene las siguientes coordenadas 19deg21acute30acuteacute latitud norte y 100deg11acute00acuteacute longitud oeste a 1830 metros sobre el nivel del mar tiene una aacuterea de 1730 hectaacutereas y un volumen de 335 millones de m3 su longitud maacutexima es de 73 Km con un ancho maacuteximo de 63 Km y una profundidad maacutexima de 35 m (figura 1) Tiene una precipitacioacuten anual entre 800 y 1200 mm una evaporacioacuten de 2000 mm y una temperatura media entre 18 y 22 degC (Salud Ambiental 2000) Figura 1- Mapa de la Presa de Valle de Bravo (Martiacutenez 1998) El embalse Valle de Bravo se clasifica como caacutelido monomiacutectico con agua superficial denominada epilimnio y de una profunda llamada hipolimnio ambas con caracteriacutesticas fiacutesicas quiacutemicas y bioloacutegicas diferentes y por lo tanto con calidades de agua distintas (Olvera et al 1993)

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El comportamiento teacutermico del embalse indicoacute que durante la estratificacioacuten de eacuteste la temperatura en el epilimnio osciloacute en promedio entre 205 ordmC (marzo) y 25 ordmC (junio) y en el hipolimnio entre los 172 ordmC (marzo) y los 186 ordmC (agosto) En septiembre se inicia la ruptura de la termoclina y el periacuteodo de mezcla del embalse para concluir eacutesta en el mes de diciembre homogeneizaacutendose la columna de agua a 19 ordmC En el mes de febrero se inicia la formacioacuten de la termoclina por efecto del calentamiento de la superficie del embalse En los meses de marzo abril y mayo el pH se presenta alcalino con valores maacuteximos de 94 El pH en el fondo tiende a la neutralidad conforme avanza el antildeo debido a la formacioacuten de aacutecido sulfhiacutedrico detectado por el olor de las muestras de agua profunda Durante el mes de agosto este paraacutemetro presentoacute valores menores de 70 unidades El oxiacutegeno disuelto (OD) en el embalse del mes de abril de 1992 hasta noviembre de 1993 fue anoacutexico confirieacutendole caracteriacutesticas reductoras De diciembre a marzo el oxiacutegeno promedio fue de 5 mgL (Martiacutenez 1998) Su caraacutecter turiacutestico hace que se incremente la poblacioacuten flotante y en consecuencia el volumen de descargas municipales sin tratar (Olvera et al 1993) Lo que la hace sujeta a fuertes procesos de urbanizacioacuten y eutroficacioacuten ya que todos los drenajes descargan ahiacute aguas residuales a pesar de los trabajos para construir drenajes perimetrales en sus orillas En esta presa se practican deportes acuaacuteticos utilizando lanchas de motor a gasolina con la consecuente contaminacioacuten y degradacioacuten del recurso Sus tributarios aportan un total de 467 toneladas de foacutesforo al antildeo de las cuales las descargas representan el 40 y los riacuteos el 60 de aporte El Mercado aporta 160 toneladas de foacutesforo al antildeo (343) y el riacuteo Amanalco 265 toneladas (567) lo que significa en conjunto el 91 del total de este contaminante que entra al embalse (Olvera 1992) La presa Valle de Bravo junto con otras presas es utilizada para abastecer agua al sistema Cutzamala esta agua es tratada en la planta potabilizadora de los Berros y enviada a la ciudad de Meacutexico para su uso y consumo El tratamiento consiste en percloracioacuten coagulacioacutenfloculacioacuten sedimentacioacuten por gravedad y filtracioacuten raacutepida en arena esta planta trata por lo general 106 m3s de agua de los cuales la presa Valle de Bravo aporta 7 m3s Por los antecedentes antes mencionados la Presa Valle de Bravo se encuentra clasificada como un embalse donde es primordial hacer un control de malezas acuaacuteticas Ademaacutes en esta presa se presentaron condiciones de eutroficacioacuten reportadas en 1998-1999 como abundancia de nutrientes (foacutesforo y nitroacutegeno) pH baacutesico con valores de hasta 94 y temperatura del agua entre 20-25 ordmC condiciones adecuadas para el crecimiento de cianofitas

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(Martiacutenez 2000) Debido a los antecedentes de contaminacioacuten y floracioacuten que sufre asiacute como su importancia para el abastecimiento de agua de una parte de la Ciudad de Meacutexico la Presa de Valle de Bravo se eligioacute para realizar diversos muestreos En este lugar se presentan en verano diversos tipos de florecimientos lo que lo hace ideal para realizar este tipo de investigacioacuten 22-EUTROFICACIOacuteN Todos los lagos evolucionan debido a la contaminacioacuten natural provocada por la muerte y putrefaccioacuten de los organismos animales y vegetales que se encuentran en ellos Esta evolucioacuten inicia en el estado oligotroacutefico y termina en el eutroacutefico pasando despueacutes a una eutrofia avanzada En la tabla 1 se observa la clasificacioacuten que se les da a los lagos de acuerdo a la concentracioacuten de nitroacutegeno y foacutesforo que tienen Este proceso se habiacutea venido dando en una forma lenta pero en la actualidad se estaacute presentando en forma acelerada debido al exceso de nutrientes y otros factores como viento lento y temperatura caacutelida lo cual provoca dantildeo al medio ambiente (Pesson 1979) Tabla 1-Clasificacioacuten de los lagos de acuerdo a su carga interna de nutrientes (Pesson 1979) TIPO DE LAGO P Total mgL N Total mgL Oligotroacutefico 0002-0020 002-02 Mesotroacutefico 0010-0030 01-07 Eutroacutefico 0010-0090 05-13

Los lagos Oligotroacuteficos son profundos de aguas muy puras claras azules o azul-verdosas pobres en nutrientes (foacutesforo y nitroacutegeno) pobres en plancton permanentemente ricos en oxiacutegeno disuelto (a grandes profundidades) Los lagos Eutroacuteficos son poco profundos (menos de 50 metros) el color del agua variacutea de verde a pardo la transparencia es escasa tienen exceso de nutrientes las plantas proliferan de manera excesiva el fondo estaacute cubierto de sedimento rico en materia orgaacutenica faacutecilmente putrescible El oxiacutegeno disminuye o desaparece durante parte del antildeo (verano y principios de otontildeo) por lo que se crea un ambiente reductor con formacioacuten de CO2 compuestos amoniacales y sulfuros dando un color negro al fango (sulfuro ferroso) algunos se tintildeen durante parte del antildeo de un color rojo-sangre provocado por una floracioacuten de Oscillatoria rubencens (Pesson 1979) Naumann (1923) y Pesson (1979) describe a la eutroficacioacuten como un aumento de la concentracioacuten de elementos fertilizantes especialmente en lo que concierne al nitroacutegeno y al foacutesforo En cambio Ohle (1963) lo describe como el enriquecimiento en nutrientes y el

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consiguiente aumento en la produccioacuten vegetal La eutroficacioacuten produce un exceso de algas y macrofitas en cuerpos de agua este proceso puede llevar a la total degradacioacuten de riacuteos estuarios estanques etc ocasionando problemas en el suministro de agua potable por alteracioacuten de sus propiedades organoleacutepticas (olor sabor) corrosioacuten del equipo hidroeleacutectrico y distintos trastornos en los procesos de tratamiento de agua por disminucioacuten del contenido de oxiacutegeno acumulacioacuten de amoniacuteaco en la columna de agua y disolucioacuten de ciertos metales (Fe Mn) en sedimentos bajo condiciones anoacutexicas (Salud Ambiental 2000) Concentraciones elevadas de foacutesforo se relacionan con el problema de eutroficacioacuten acelerada y la aparicioacuten de malezas acuaacuteticas (Taylor 1997 y Jansson 1995) En aguas no contaminadas la concentracioacuten de foacutesforo es de 0005 a 002 mgL En Meacutexico se tienen regiones que superan a 05 mgL las regiones con este tipo de problema son Baja California Norte Baja California Centro Sonora Sur los riacuteos Bravo Conchos Presidio San Pedro Lerma Santiago Bajo Paacutenuco Bajo Balsas Coatzacoalcos Grijalva Usumacinta las presas Amistad y Falcoacuten El foacutesforo presente en los cuerpos de agua refleja la contaminacioacuten por detergentes (domeacutesticos e industriales) al mismo tiempo que indica la posible captacioacuten de descargas no puntuales como el arrastre de fertilizantes en los lixiviados de la agricultura (INEGI 1998) 221-Efectos de eutroficacioacuten Contaminacioacuten de playas con macroalgas Dantildeo de componentes de un ecosistema Dantildeo en el haacutebitat Dantildeo significativo en la vida salvaje y acuaacutetica incluyendo la muerte de peces Deterioro de la calidad del agua Florecimientos de cianobacterias en riacuteos y estanques (los cuales pueden ser toacutexicos o no-toacutexicos) La peacuterdida de recursos bioloacutegicos Los lagos y reservorios tienen caracteriacutesticas especiales debido a su naturaleza y dinaacutemica que los hace vulnerables a la contaminacioacuten Cuando estaacuten cargados de contaminantes provocan la degradacioacuten de la calidad del agua y menos diversidad de especies debido a la eutroficacioacuten entre otras causas Los fertilizantes de la agricultura aguas negras domeacutesticas e industriales entran constantemente en forma directa a riacuteos y arroyos 222-Normatividad para el control de la eutroficacioacuten Las caracteriacutesticas de los lagos para el desarrollo de eutroficacioacuten son las siguientes

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Alta Turbiedad Poca profundidad del agua Poca cantidad de fluido Ocurrencia de estratificacioacuten bajo condiciones normales Nivel de foacutesforo en el fondo La Norma Oficial Mexicana (NOM-001-SEMARNAT-1996) establece los liacutemites maacuteximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales vertidas a aguas y bienes nacionales con el objeto de proteger su calidad y posibilitar sus usos (ver tabla 2) Tabla 2-Liacutemites maacuteximos permisibles de la NOM-001-SEMARNAT-1996 (promedio mensual) para (1) (2) (3)

Paraacutemetros (mgL)

Uso puacuteblico en riacuteos (1)

Proteccioacuten de vida acuaacutetica en riacuteos

(2)

Uso puacuteblico urbano en embalses

(3)

Nitroacutegeno total 40 15 15 Foacutesforo total 20 5 5

La agencia de proteccioacuten del medio ambiente de los Estados Unidos (EPA) todaviacutea no ha desarrollado para los cuerpos de agua dulce los criterios de calidad del agua del foacutesforo Los criterios de la EPA para agua de mar y de estuario son de 00001 ppm (microgml) de foacutesforo elemental para el control de la eutroficacioacuten (EPA 1986) el foacutesforo total (PT) no debe exceder de 005 ppm en los flujos que entran a lagos y reservorios 0025 ppm dentro de lagos y reservorios y una concentracioacuten de foacutesforo disuelto (PD) de 1 ppm como liacutemite requerido a la salida Investigaciones de eutroficacioacuten en el Mar Baacuteltico indican altas descargas de nitroacutegeno y foacutesforo 50 y 25 respectivamente siendo las descargas domeacutesticas responsables del 40-50 de la eutroficacioacuten y de otros problemas ambientales El ser humano produce en sus desechos 4 Kg de nitroacutegeno y 05 Kg de foacutesforo por antildeo (diariamente 11 g y 14 g respectivamente) se utilizan polifosfatos en los detergentes para lograr que sean maacutes eficientes la utilizacioacuten de estos por habitante y por antildeo es de 9 Kg (Pesson 1979) Si se considera que a nivel mundial en 1995 habiacutean 5700 millones de habitantes (se estima que la poblacioacuten mundial aumenta cada antildeo en 86 millones) y que Meacutexico en particular tiene 91159 mil habitantes (Fondo de Naciones Unidas para la poblacioacuten 1995) (INEGI 1998) Se puede concluir que los humanos afectamos el medio ambiente con nuestras actividades y nuestro estilo de vida provocando dantildeo a nuestra salud y al medio que nos rodea por lo cual es necesaria una nueva clase de educacioacuten ambiental

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23-NUTRIENTES Una fuente importante de nutrientes son los abonos naturales y artificiales Por ejemplo el estieacutercol y la purina abonos naturales que aportan al suelo 100 Kg de nitroacutegeno 145 Kg de foacutesforo y 65 Kg de potasio por hectaacuterea perdieacutendose por lixiviacioacuten del 10-50 del nitroacutegeno y del 1-5 de foacutesforo esto es de 10-50 Kg de nitroacutegeno y 015-075 Kg de foacutesforo por hectaacuterea Mientras que los abonos artificiales que se utilizan aportan aproximadamente 37 Kg de nitroacutegeno 131 Kg de foacutesforo hectaacuterea antildeo perdieacutendose hasta 15 Kg y de 05 a 25 Kg hectaacuterea antildeo respectivamente (Pesson 1979) Las mayores aportaciones de nitroacutegeno y foacutesforo tienen su origen en los detergentes fertilizantes y desechos orgaacutenicos de animales en tierras rural y semirural aacutereas residenciales aacutereas industriales jardines urbanos parques caminos etc (Carmichael y Falconer 1993) los cuales son lavados por la lluvia y llevados a reservorios utilizados como abastecimientos de agua ver figura 2

Figura 2-Aportacioacuten de contaminantes a los cuerpos de agua (CEPIS 1990) El nitroacutegeno puede estar en forma orgaacutenica (oxidado como proteiacutenas aminoaacutecidos y vitaminas) y en forma mineral (niacutetrica nitrosa y amoniacal) sus fuentes de enriquecimiento son la atmoacutesfera (por precipitacioacuten) y la fijacioacuten por bacterias y cianofiacuteceas (Nostocaacuteceas y Anabaena variabilis) Se elimina del agua superficial por la desnitrificacioacuten y el consumo de los microorganismos (Pesson 1979) Siendo el foacutesforo el elemento esencial para la vida de las plantas y la produccioacuten de cosechas generalmente es el factor que limita el crecimiento de las algas y de otras plantas acuaacuteticas en las aguas superficiales por lo tanto tambieacuten es un factor limitante en la eutrofizacioacuten (Briand et al 2003) La concentracioacuten criacutetica del foacutesforo (foacutesforo disuelto) que acelera el crecimiento de algas y otras plantas acuaacuteticas es baja de 001 microgml (foacutesforo de ortofosfatos con un poco de foacutesforo orgaacutenico disuelto) y de 002 microgml para el foacutesforo total (incluye todas las variedades de foacutesforo minerales (fosfatos

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disueltos fosfatos distintos de los orto y polifosfatos) y orgaacutenicos (fosfato asociado al plancton) la concentracioacuten requerida para el crecimiento vegetal en suelo es generalmente de 02 a 03 microgml la concentracioacuten que se genera de los campos agriacutecolas excede con frecuencia el valor criacutetico para el crecimiento de la planta acuaacutetica (Watanabe y Oishi 1985) Los sedimentos con una alta concentracioacuten de foacutesforo que entran en un lago pueden contribuir con foacutesforo biodisponible para el crecimiento eutroacutefico dependiendo principalmente de las caracteriacutesticas de los lagos 24-CIANOBACTERIAS (algas verde-azules) Las Cianobacterias son consideradas como ldquofoacutesiles vivientesrdquo existen registros desde hace maacutes de 35 billones de antildeos siendo uno de los grupos de bacterias maacutes grandes e importantes de la tierra (Briand et al 2003) Muchos de los aceites depositados en el proteozoico son atribuidos a la actividad de las cianobacterias Las cianobacterias han sido tambieacuten importantes en el curso de la evolucioacuten y el cambio ecoloacutegico a traveacutes de la historia de la tierra El oxiacutegeno de la atmoacutesfera fue generado por numerosas cianobacterias durante las eras Arcaica y Proteozoica otra gran contribucioacuten es el origen de las plantas y de los eucariotes (Ville et al 1992) Frecuentemente son llamadas ldquoalgas verde-azules este nombre es apropiado por hablar acerca de organismos en el agua que hacen su propia comida pero no refleja una relacioacuten entre las cianobacteria y las algas A pesar de su nombre solo la mitad de las especies de estas algas presentan esta coloracioacuten El color real de estos organismos es modificado por otros pigmentos fotosinteacuteticos presentes en la ceacutelula que producen coloracioacuten cafeacute negra puacuterpura amarilla verde azul hasta roja (el mar rojo debe su nombre a la presencia de estas cianobacterias rojas) (Ville et al 1992) Las Cianobacterias pertenecen al reino monera tienen algo en comuacuten con las plantas y bacterias como algas son fotosinteacuteticas como bacterias carecen de membranas internas (Rymsza 1998 Codd 1993) y son formas de vida procarioacuteticas El aacutecido desoxirribonucleico (ADN) se duplica antes de la divisioacuten celular (que es de tipo asexual) que ocurre por divisioacuten simple evitando la complejidad de la mitosis Son acuaacuteticos y fotosinteacuteticos viven en el agua y pueden producir su propio alimento usualmente unicelulares Estructuralmente son muy parecidas a las bacterias pero contienen clorofila (pigmento verde u otros pigmentos) con el que captan la energiacutea de la luz solar para realizar la fotosiacutentesis Las cianobacterias carecen de membrana nuclear y de los demaacutes organelos membranosos como mitocondrias y cloroplastos presentes en los eucariotes La clorofila y otros pigmentos no estaacuten encerrados en la membrana nuclear sino que estaacuten dispersos a lo largo de la periferia de la ceacutelula o apiladas en el citoplasma donde ademaacutes hay laminillas fotosinteacuteticas membranosas que efectuacutean la fotosiacutentesis en forma similar a las membranas tilacoides de los cloroplastos en las plantas Las vacuolas gaseosas ayudan a mantener a flote a estos organismos en las

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capas de agua (Ville et al 1992) Las cianobacterias representan un grupo de gran importancia para su estudio por su morfologiacutea como organismos procarioacuteticos su mecanismo de fotosiacutentesis fijacioacuten de nitroacutegeno ademaacutes de ciertos aspectos de su estructura por ejemplo vacuolas de gas y geneacuteticos estos producen una gran variedad de metabolitos secundarios (Hoyos et al 2003) Prosperan en medios aacuteridos en agua con abundante foacutesforo y nitroacutegeno muchas veces provenientes de desaguumles de granjas parques suburbanos descargas con detergentes ordinarios de casas y la erosioacuten de los riacuteos etc A continuacioacuten se describen algunas de las caracteriacutesticas generales a) Caracteriacutesticas generales de las cianobacterias a1-Secretan una sustancia viscosa que forma una vaina alrededor de la pared celular este material gelatinoso suele contener pigmentos y en algunos casos tambieacuten toxinas que impiden que los peces y otros organismos las utilicen como alimento a2-Las ceacutelulas de tipo procarioacutetico no presentan membrana nuclear organelos membranosos (mitocondrias cloroplastos) nuacutecleos vacuolas centrales cilios y flagelos bien definidos a3-Poseen membranas internas llamadas laminillas fotosinteacuteticas las cuales contienen clorofila y las enzimas necesarias para la fotosiacutentesis a4-La pared celular es muy resistente y no contiene celulosa pero tiene otros polisacaacuteridos unidos a polipeacuteptidos a5-Se reproducen asexualmente por fisioacuten binaria a6-No presentan cromatoacuteforos por lo que los pigmentos fotosinteacuteticos estaacuten disueltos en el citoplasma perifeacuterico este al envejecer desarrolla un gran nuacutemero de vacuolas llenas de gas lo que hace que suban a la superficie y floten a7-Cuando mueren producen mal olor y abatimiento de oxiacutegeno disuelto debido a su descomposicioacuten (caracteriacutesticas propias de los ldquobloomsrdquo o florecimiento algal) a8-Florecimientos beneacuteficos son producidos por millares de ceacutelulas libres cerca de la superficie del agua a9-Florecimientos putrefactos estaacuten formados por masas de algas en proceso de degradacioacuten a10-Los florecimientos son resultado de la eutroficacioacuten acelerada por

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contaminacioacuten domeacutestica agriacutecola e industrial a11-Algunas cianobacterias llevan a cabo fijacioacuten de nitroacutegeno utilizacioacuten de la luz como fuente de energiacutea y CO2 como fuente de carbono son productores de oxiacutegeno y materia orgaacutenica para otros organismos (Ville et al 1992) a12-Algunas son capaces de tolerar ambientes extremos de salinidad temperatura y pH que matan a las algas y otros organismos Dentro de los metabolitos secundarios se encuentran compuestos que actuacutean como hormonas antibioacuteticos aleloquiacutemicos y toxinas Las toxinas tienen un efecto dantildeino en otros organismos tejidos ceacutelulas etc No se conoce el por queacute (o la finalidad) de que las cianobacterias produzcan toxinas pero se puede asumir que funcionan como compuestos protectores (como un mecanismo de defensa) ya que muchos compuestos antiherbiacutevoros se producen en plantas vasculares (Kotak 1994) En 1878 George Francis publicoacute el primer reporte de envenenamiento cianobaterial sin embargo es en los uacuteltimos 30 antildeos cuando se ha publicado informacioacuten de la funcioacuten y estructura de los alcaloides neurotoacutexicos y peacuteptidos hepatotoacutexicos de la cianobacteria Las neurotoxinas son referidas a anatoxinas mientras las hepatotoxinas han sido llamadas microcistina cyanoginosina y cyanoviridin Desde 1965 el teacutermino microcistina es frecuentemente usado cuando se describen las hepatotoxinas producidas por cepas o florecimientos de Microcystis Cyanoginosina-XY es el teacutermino que se utiliza para definir quiacutemicamente las hepatotoxinas (heptapeacuteptido monociacuteclico) aislados de cepas de Microcystis aeruginosa los sufijos XY designan los dos L-aminoaacutecidos variables encontrados en todas las hepatotoxinas (figura 3) 1 2 3 4 5 6 7 Ciclo(-D-Ala-L-X-D-eritro-szlig-metil-Asp-L-Y-ADDA-D-Glu-N-dihidrometilo-Ala) X= leucina (L) arginina (R) tyrosina( Y) Y= arginina (R) alanita (A) metionina (M) XY= Combinaciones para toxinas heptapeacuteptidas definidas actualmente LR LA YA YM YR RR Figura 3-Estructura general de las hepatotoxinas (Falconer et al 1988 Nishizawa 1999 Mazur y Plinski 2001) Las Cianobacterias crecen muy bien en fuentes superficiales para consumo

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humano y forman el verdiacuten especialmente cuando las condiciones son apropiadas La combinacioacuten de luz y temperatura altas en junio y julio hacen que estos periacuteodos sean maacutes susceptibles a la formacioacuten de florecimientos Se requieren flujos bajos para producir florecimientos durante junio a agosto con condiciones de luz y temperatura arriba de lo normal (Bryant 1986) de tal manera que las condiciones para el desarrollo de un florecimiento cianobacteriano son a) Abundancia de nutrientes nitrogenados y fosforilados b) pH neutro a baacutesico (entre 6 y 9) c) Temperatura del agua entre 15 y 30 ordmC d) Viento suave o en calma Las cianobacterias pueden deteriorar la calidad del agua por producir olores picantes y sabor que puede dar al agua de beber un caraacutecter a tierra o a rancio Sin embargo las sustancias que imparten estos olores y sabores no poseen un riesgo a la salud humana Por otro lado la produccioacuten de espuma a lo largo de la liacutenea costera por presencia de cianobacterias decrementan el valor recreativo de un lago (Barry 1999) El alcance del riesgo que las cianotoxinas poseen sobre la salud humana depende de la exposicioacuten humana a esas toxinas Las principales rutas de exposicioacuten a las mismas incluyen la viacutea oral y la deacutermica a traveacutes del consumo agua potable y del uso recreativo del agua en cuyo caso existen tres rutas de exposicioacuten Contacto directo con el agua Ingestioacuten accidental del agua Inhalacioacuten del agua La inhalacioacuten del agua en forma de spray podriacutea ser otra ruta importante pero la informacioacuten disponible al respecto es auacuten limitada (CEPIS 2005) Brown (1999) ha propuesto una conexioacuten diferente entre cianobacterias y Vibrio cholerae donde el crecimiento de miembros de la familia Vibrionacea es estimulado por induccioacuten de ciclos energeacuteticos del sodio donde el crecimiento de la cianobacteria en el agua salobre es autocatalitica y el sodio estimula la alcalinidad del ciclo en cianobacterias y donde el resultado incrementa el crecimiento de la alcalinidad La alcalinizacioacuten y el incremento acompantildeado de componentes de disolventes orgaacutenicos resultado del florecimiento puede inducir el ciclo de sodio en la Vibrionacea incluyendo a la especie Vibrio cholerae La diseminacioacuten de la enfermedad puede estar ocurriendo cuando el agua del florecimiento es usada o dispersada

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b-Microcystis aeruginosa Microcystis aeruginosa es la cianobacteria maacutes comuacuten que puede producir toxinas naturales (llamadas Microcistinas) que son muy potentes Las toxinas Microcistinas son producidas y contenidas en el interior de ceacutelulas de Microcystis aeruginosa y son relacionadas con el agua cuando las ceacutelulas mueren y se desintegran las toxinas son liberadas algunas ceacutelulas al ser muy pequentildeas pueden ser ingeridas con el agua (figura 4) Los niveles de toxina en los cuerpos de agua tienden a ser altos en sitios cercanos a la orilla y a la superficie donde es maacutes probable el contacto con animales y humanos (Ding y Han 1998)

Figura 4- Microcystis aeruginosa obtenida del cultivo con BG11 realizado en el laboratorio de Calidad del agua (IMTA) Las hepatotoxinas microcistina LR y YR se detectaron en extractos de algas congeladas secas y en tejidos del mejilloacuten colectado de un arrecife adyacente al arroyo fuera del flujo del mar Se prohibioacute inmediatamente la recoleccioacuten de mariscos a la comunidad que normalmente depende de este recurso para sus ingresos y su alimentacioacuten (Harding 1999)

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3-PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 31-PROBLEMAacuteTICA EN MEacuteXICO El agua es un recurso esencial en teacuterminos econoacutemicos y sociales Su uso racional y de conservacioacuten tiene cada vez mas importancia al punto de ser ahora uno de los factores criacuteticos mas importantes del desarrollo a nivel mundial Por esto la contaminacioacuten del agua en un futuro no muy lejano constituiraacute el problema ambiental al que se enfrentaran millones de personas De acuerdo con las estadiacutesticas de la Comisioacuten Nacional del Agua (CNA) para 2003 la precipitacioacuten anual promedio en Meacutexico es de 772 mm la cual equivale a un volumen promedio de 1 528 Km3 de agua que junto a los 498 Km3 que se reciben de Estados Unidos y Guatemala totalizan 15778 Km3 De esta cantidad la mayor parte (70) regresa a la atmoacutesfera por evapotranspiracioacuten y alrededor de 469 Km3 del liacutequido queda disponible (84 del mismo escurre superficialmente y el resto se incorpora a los acuiacuteferos) La disponibilidad de agua es muy diferente entre las regiones hidroloacutegicas del paiacutes mientras que en la regioacuten de la Frontera Sur la disponibilidad natural promedio de agua es mayor a 155 Km3 en la regioacuten del Riacuteo Bravo no llega a los 15 Km3 y en Baja California es inferior a los 5 Km3 (CNA 2003) La disponibilidad natural del agua se expresa generalmente como el volumen de agua por habitante por antildeo En 2001 el volumen fue mayor a 469 km3 equivalente a 4 685 m3habantildeo (volumen que corresponde a una categoriacutea de disponibilidad baja) Valores menores a 1 700 m3habantildeo se consideran como de estreacutes hiacutedrico lo que puede significar desabasto de agua sobre todo en las temporadas secas Las caracteriacutesticas topograacuteficas y geograacuteficas que tiene Meacutexico producen una condicioacuten hidroloacutegica muy particular con fuertes contrastes en la disponibilidad de agua El Valle de Meacutexico con menos de 200 m3habantildeo tiene una disponibilidad extremadamente baja mientras que la regioacuten de la Frontera Sur con sus maacutes de 25 000 m3hab cuenta con una disponibilidad muy alta del liacutequido Considerando las regiones que tienen una disponibilidad natural base media inferior a los 1 700 m3habantildeo existen maacutes de 30 millones de personas en situacioacuten de estreacutes hiacutedrico en Meacutexico Es importante resaltar que el agua disponible no debe interpretarse como ldquodisponible para uso humanordquo ya que incluye al liacutequido necesario para el mantenimiento de los ecosistemas acuaacuteticos como riacuteos y lagos (CNA 2003) Aunado a esto las condiciones orograacuteficas y las caracteriacutesticas propias de las latitudes en las que se ubica Meacutexico hacen que la distribucioacuten de la lluvia sea irregular por lo que existen zonas aacuteridas (31 del territorio) semiaacuteridas (30) y huacutemedas o subhuacutemedas (33) De tal manera que un habitante de Baja California dispone de unos 100 m3 de agua por antildeo mientras que en Chiapas le corresponden 17 000 m3 (CNA 2003) En Meacutexico hay maacutes de 650 acuiacuteferos A nivel nacional se extrae aproximadamente el 36 del volumen estimado de la recarga anual sin

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embargo a nivel regional la situacioacuten es diferente En las regiones administrativas de la Peniacutensula de Baja California Cuencas Centrales del Norte y el Valle de Meacutexico la extraccioacuten es mayor a la recarga (deacuteficit del 9 26 y 7 respectivamente) mientras que en la Peniacutensula de Yucataacuten y la Frontera Sur la extraccioacuten no supera el 6 del volumen de recarga El problema de la sobreexplotacioacuten de acuiacuteferos es importante En el antildeo 2001 97 acuiacuteferos (15 del total) estaban sobreexplotados 17 presentaban problemas de intrusioacuten salina (13 contaban con ambos problemas) El uso racional del agua subterraacutenea es indispensable ya que en el futuro cada vez maacutes regiones dependeraacuten de la reserva en el subsuelo como su principal fuente de agua En la actualidad el 70 del agua que se suministra a las ciudades proviene de los acuiacuteferos En el antildeo 2001 el principal uso consuntivo del agua en Meacutexico fue el agropecuario (78 del total extraiacutedo) seguido por el puacuteblico urbano y domeacutestico (13) y el industrial y autoabastecida (9) Las hidroeleacutectricas emplearon para su funcionamiento un volumen promedio de 145 km3 anuales pero no la consumieron La proporcioacuten de agua que se utiliza en las diferentes actividades muestra diferencias importantes Mientras que en la regioacuten del Paciacutefico Norte se destinoacute maacutes del 93 del agua a la agricultura en la del Golfo Centro el volumen no alcanzoacute el 50 El agua que se destina al uso agriacutecola e industrial proviene principalmente de fuentes superficiales en contraste con la que se destina al uso puacuteblico que proviene en su mayoriacutea de fuentes subterraacuteneas (CNA 2003) La calidad del agua dulce se puede establecer con base en sus niveles o concentracioacuten de substancias quiacutemicas u organismos En Meacutexico se utiliza el Indice de Calidad del Agua (ICA) el cual agrupa varios paraacutemetros capaces de indicar un deterioro en la calidad del agua Para que el agua sea destinada a uso y consumo humano este iacutendice debe tener un valor entre 80 y 90 (INEGI 1997) Debido a que la Red Nacional de Monitoreo de la CNA se encuentra permanentemente evaluando la calidad del agua de los riacuteos arroyos lagunas y embalses se puede conocer su grado de contaminacioacuten de forma continua En 1994 el 68 de las muestras analizadas de agua superficial presentaron serios problemas de contaminacioacuten el 591 resultoacute contaminada mientras que el 88 estuvo fuertemente contaminada El 18 de las muestras excesivamente contaminadas teniacutean un iacutendice de 0-40 y solo el 71 calificaron aceptablemente con un iacutendice promedio de 839 (Martiacutenez 1998) Las descargas de aguas municipales se utilizan para riego de cultivos (ejemplo forraje y maiacutez) la que no es utilizada para este fin se vierte sin tratar a riacuteos lagos embalses lagunas y aguas costeras

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El agua residual que retorna a las corrientes es de 306 Km3 la cual tiene cierto grado de contaminacioacuten el sector agriacutecola genera el 694 de este volumen sus contaminantes son residuos agroquiacutemicos y restos de suelos desprendidos de la erosioacuten La industria genera el 67 conteniendo una amplia gama de contaminantes Un 239 se vierte a traveacutes de descargas municipales conteniendo materia orgaacutenica y bacterias algunos compuestos toacutexicos provienen de descargas industriales que estaacuten conectadas al sistema de alcantarillado (Martiacutenez 1998) Como resultado de este tipo de descargas a los cuerpos de agua se produce la eutroficacioacuten con ello un exceso de algas y macrofitas proceso que puede llevar a la total degradacioacuten de estuarios estanques etc ocasionando problemas en el suministro de agua potable por alteracioacuten de sus propiedades organoleacutepticas (olor sabor) corrosioacuten del equipo hidroeleacutectrico y distintos transtornos en los procesos de tratamiento de agua por disminucioacuten del contenido de oxiacutegeno acumulacioacuten de amoniacuteaco en la columna de agua y disolucioacuten de ciertos metales (Fe Mn) en sedimentos bajo condiciones anoacutexicas (Salud ambiental 2000) Si bien los lagos presentan de manera natural eutroficacioacuten despueacutes de varios antildeos debido al incremento de nutrientes (nitroacutegeno y foacutesforo) provenientes principalmente del uso de fertilizantes lixiviacioacuten de suelos y detergentes eacutesta se ha visto acelerada en los uacuteltimos 30 antildeos La eutroficacioacuten provoca el crecimiento excesivo de malezas como macrofitas y algas lo cual limita el aprovechamiento de agua para uso y consumo humano asiacute como para las actividades humanas tales como la industria la pesca y la construccioacuten (Pesson 1979 Watanabe y Oishi 1985) Una de las consecuencias es la proliferacioacuten de cianobacterias como el geacutenero Microcystis productoras de hepatotoxinas que son toxinas endoacutegenas las cuales son liberadas cuando las ceacutelulas mueren Los niveles de toxina en los cuerpos de agua tienden a ser altos en sitios cercanos a la orilla y a la superficie del agua donde es maacutes probable el contacto con animales (Kotak 1994) La mayor parte de los eventos de intoxicacioacuten en el mundo han sido provocados por hepatotoxinas La intoxicacioacuten aguda produce disgregacioacuten de los hepatocitos necrosis de los capilares sanguiacuteneos y la muerte por hemorragia intrahepaacutetica la ingesta continua de dosis sub-letales tiene efectos croacutenicos graves comprobados tales como la produccioacuten y estimulacioacuten de tumores hepaacuteticos (Lawton y Codd 1991 Carmichael y Falconer 1993) Se sospecha que la elevada tasa de caacutencer de hiacutegado en ciertas partes de China se debe a la exposicioacuten prolongada a pequentildeas dosis de microcistinas El desarrollo de un florecimiento cianobacteriano ocasiona problemas de calidad del agua que incluyen mal olor sabor problemas en los sistemas de tratamiento del agua y toxicidad Cuando sucede un florecimiento de este tipo

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generalmente se aiacuteslan cepas toxiacutegenicas como fue el caso en Finlandia (40 en 1990) Canadaacute (90 en 1993) y Wisconsin (34 en 1990) La aparicioacuten de estos florecimientos por lo general son asociados a dantildeos inmediatos en la salud de animales silvestres domeacutesticos y hasta el hombre Ademaacutes el consumo de toxinas cianobacterianas a largo plazo se ha relacionado a una gran cantidad de casos de tumores y caacutencer de hiacutegado (Carmichael 1994 Martiacutenez 1998) En Meacutexico existen importantes problemas de eutroficacioacuten debido a la alta concentracioacuten de foacutesforo producto de la contaminacioacuten por detergentes (domeacutesticos e industriales) y el arrastre de fertilizantes en los lixiviados de la agricultura Por lo que se ha comenzado a tener conciencia de la importancia que representa esta contaminacioacuten en sus cuerpos de agua debido a esto se ha comenzado junto con otros paiacuteses a buscar medidas de prevencioacuten y control por dicha contaminacioacuten Un problema adicional se presenta durante la cloracioacuten de aguas tomadas de un embalse con densas poblaciones de microalgas ya que aumenta la concentracioacuten de trihalometanos (THMacuteS) (Tsuji et al 1997) y aacutecidos haloaceacuteticos (HAA) por reaccioacuten del cloro con las substancias orgaacutenicas disueltas excretadas por las algas Las cianobacterias liberan proporcionalmente grandes cantidades de substancias orgaacutenicas disueltas (Fogg et al 1973) Los THMacuteS y HAA son compuestos que se ha demostrado que son altamente canceriacutegenos Con la finalidad de analizar las metodologiacuteas para la evaluacioacuten de la eutroficacioacuten y su control las estrategias para que sean incluidas en el proceso de planificacioacuten de los gobiernos se han reunido desde diciembre de 1981 el Centro Panamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS) el Centro Especializado de la Divisioacuten de Salud Ambiental (HEP) la Organizacioacuten Panamericana de la Salud Organizacioacuten Mundial de la Salud (OPS OMS) (Salas Martino 1990) en el que participan ademaacutes Meacutexico y 15 paiacuteses maacutes incluyendo a Brasil Puerto Rico y Venezuela En la primera etapa finalizada en 1990 se creoacute una herramienta que permite la planificacioacuten de embalses futuros y estima las medidas correctivas para enmendar los problemas de eutroficacioacuten a traveacutes del control de macronutrientes En la segunda etapa se pretende realizar la evaluacioacuten del impacto de control de nutrientes (Salas Martino 1990)

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4-MARCO TEORICO 41 CLASIFICACIOacuteN DE LAS TOXINAS 411-Citotoxinas No existen reportes de que las cianobacterias sean responsables de casos de envenenamiento de animales muertos en el campo Por lo que no se puede asegurar que sean letales a animales pero presentan un amplio espectro de bioactividad en contra de liacuteneas de algas bacterias hongos y ceacutelulas mamiacuteferas (Environmental Health 1999) Patterson realizando sus investigaciones (1991) encontroacute enzimas antibioacuteticos y agentes anticaacutencer (Environmental Projection 1992) en las cianobacterias Las cianobacterias tienen un buen potencial para generar substancias farmacoloacutegicas uacutetiles como son los siguientes antibioacuteticos citotoacutexicos Indocarbazoles Isonitrilos Paraciclofanes Tantazoles Estos antibioacuteticos se aislaron de cianobacterias que en su mayoriacutea procediacutean de agua dulce y fuentes terrestres (Carmichael 1992) 412-Biotoxinas Desde el siglo XIX existe registro de envenenamiento implicando enfermedades y muerte por shock de hiacutegado en animales domeacutesticos y salvajes seguido de la ingestioacuten de agua conteniendo ceacutelulas de cianobacterias toacutexicas o las toxinas liberadas por las ceacutelulas viejas (Nehring 1993 Bell amp Codd 1994 Harding et al 1995 Mez et al 1997 Plinski amp Codd 1997 Pouria et al 1998 Codd et al 1999 Morris et al 2000) Las biotoxinas detectadas en suministros superficiales de agua dulce producidas por los geacuteneros Anabaena Aphanizomenon Microcystis Nodularia Nostoc y Oscillatoria Las biotoxinas Coelospharium Cylindrospermopsis Fischerella Gloeotrichia Gomphosphaeria Hapalosiphon Microcoleus Schizothrix Scytonema Spirulina Symploca Tolypothri y Trichodesmium han demostrado ser toacutexicas pero todaviacutea no han sido aisladas ni caracterizadas Estas toxinas son probadas con animales pequentildeos (ratones o invertebrados acuaacuteticos (Pesson 1979) Y son clasificadas de acuerdo a su modo de accioacuten en neurotoxinas y hepatotoxinas

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413-Neurotoxinas Son producidas por cepas de Anabaena Aphanizomenon Oscillatoria y Trichodesmium La tabla 3 muestra las toxinas producidas por diferentes cepas de cianobacterias Tabla 3-Toxinas producidas por las diferentes cepas de cianobacterias CEPA TOXINA LD50 INTRAPERITONIAL

EN RATOacuteN Anabaena flos-aquae Anatoxina-a 200 microgkg Anatoxina-(a)s 50 microgkg Aphanizomenon flos--aquae Aphatoxina 10 microgkg Nitzchia pungens Acido domoico - Microcystis aeruginosa Microcistina-LR 50 microgkg Nodularia Nodularia 50 microgkg

Tomado de Rinehart et al 1994 Anatoxina-a fue la primera toxina de agua dulce quiacutemicamente y funcionalmente definida es una amina secundaria 2-acetil-9-azobiciclo (421) non-2 (Carmichael 1992) Se han detectado signos de toxicosis en casos de animales domeacutesticos y salvajes incluyendo tambaleo fasciculacioacuten muscular gritos y convulsiones Signos cliacutenicos de toxicosis en ratoacuten ratas y vacas por dosis aplicadas en el laboratorio dan como resultado los siguientes siacutentomas un proceso de fasciculacioacuten muscular decremento de movimiento colapso exagerada respiracioacuten abdominal cianosis convulsiones y muerte La ingestioacuten de neurotoxinas puede conducir a la muerte de animales pequentildeos en 5 minutos La muerte es resultado de la paraacutelisis de los muacutesculos involucrados en la respiracioacuten y deteccioacuten respiratoria debido a bloqueo neuromuscular Anatoxina-a yo inhibicioacuten de la colinesterasa Anatoxina-a (s) dependiendo de la toxina en particular de que se trate Evidencia circunstancial ha relacionado las muertes de ganado y otros animales salvajes a Anatoxina-a en Alberta Canada (Kotak 1994 Carmichael 1992) 414-Hepatotoxinas Son toxinas que afectan al hiacutegado y conforman una familia de al menos 60 peacuteptidos ciacuteclicos anulares (Morris et al 2000) emparentados entre siacute Los que estaacuten constituidos por siete aminoaacutecidos reciben el nombre de microcistinas los formados por cinco aminoaacutecidos nodularias Estos nombres reflejan su origen ya que las toxinas se aislaron primero de miembros de los geacuteneros Microcystis y Nodularia Estas toxinas son producidas por cepas de los geacuteneros Microcystis Anabaena Nodularia Oscillatoria y Nostoc Signos de hepatotoxicosis han sido

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observados en envenenamientos en campo implicando ganado vacuno ovejas caballos cerdos patos y otros animales domeacutesticos y salvajes los signos de envenenamiento implican debilitamiento anorexia palidez de membranas mucosas voacutemito friacuteo de extremidades y diarrea la muerte ocurre en pocas horas o pocos diacuteas despueacutes de la exposicioacuten inicial y puede ser precedida por coma temblores musculares respiracioacuten forzada la muerte es maacutes como resultado de hemorragia intrahepaacutetica y choque hipovoleacutemico El resultado de muerte por hemorragia intrahepaacutetica se basa en el incremento en el peso del hiacutegado (arriba del 100 en animales pequentildeos de laboratorio) existe peacuterdida de sangre suficiente para inducir un shock irreversible (Carmichael 1987 y Rao 1994) El mecanismo de accioacuten de estas hepatotoxinas estaacute siendo investigado a nivel laboratorio Se piensa que la toxina puede ser absorbida dentro de la sangre desde el intestino donde puede reflejar la actividad de abundante aacutecido biliar llevado cuando dirige las toxinas peacuteptidas de un lado al otro de la mucosa Existe evidencia de que la toxina es preferencialmente transportada al interior de los hepatocitos el mecanismo de entrada se cree que es viacutea la sal del aacutecido biliar mecanismo de transporte que auacuten no ha sido comprobado Los cambios inducidos por la accioacuten de las hepatotoxinas en el citoesqueleto ceacutelular conducen a una densa agregacioacuten de los microfilamentos proacuteximos al centro de la ceacutelula Esto da como resultado peacuterdida de soporte ceacutelular Por lo que las ceacutelulas se vuelven redondas y se provoca una destruccioacuten de las ceacutelulas del endotelio sinusoidal Con destruccioacuten de las ceacutelulas del pareacutenquima y sinusoidales del hiacutegado ocurre hemorragia intraperitonial letal (dentro de horas) y la insuficiencia hepaacutetica (dentro de diacuteas) Ciertos quiacutemicos han sido usados experimentalmente para prevenir hepatotoxicidad en animales de laboratorio Estos incluyeron cyclosporina-A rifampin y silymarin Con un mayor eacutexito cuando son suministrados antes o coadministrados con la toxina (Carmichael 1992) 4141-MICROCISTINAS El primer reporte de estas hepatotoxinas fue hecho por Bishop (1959) quieacuten las aisloacute de cepas de Mycrocystis aeruginosa Esta fue llamada despueacutes microcistina por Konst (1965) Krishnamurthy (1986-1989) quieacuten encontroacute la toxina Microcistina-LR (leucina-arginina) en Norwegian (al Sur de Africa) en un florecimiento de Microcystis aeruginosa y en Anabaena flos-aquae La primera y definitiva estructura de Microcistina-LR fue definida por Rinehart (1988) (Carmichael 1992) Las colonias de microcistina flotan libremente son irregularmente esfeacutericas pueden ser microscoacutepicas o macroscoacutepicas con una matriz gelatinosa transparente y cuando son preservadas se rompen faacutecilmente Son conocidas por ser dantildeinas para el hiacutegado a concentraciones altas y promotoras de tumores canceriacutegenos a bajas dosis usualmente por causar dantildeo al ADN

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(Nishiwaki et al 1992 y Humpage et al 2000) Existen seis geacuteneros involucrados en la muerte de peces caballos perros pollos vacas ardillas y otros animales Microcystis sp Nodularia sp Coelospharium sp Gloeotrichia sp Anabaena sp y Aphanizomenon sp Acumulando estas algas en las orillas y en las partes menos profundas de los embalses a)-Principales caracteriacutesticas de la toxina Microcistina LR Hasta ahora hay 24 ciclos heptapeptiacutedicos (en la figura 5 se presentan algunas estructuras existentes de las microcistinas) (Briand et al 2003 conocidos como epiacutemeros no toacutexicos de Microcistina-LR y Microcistina-RR Estas microcistinas difieren en sus combinaciones L-aminoaacutecido siendo MCYST-LR la maacutes comuacuten con o sin grupos metilo o aminoaacutecidos 3 5 y 7 Las toxicidades de estas microcistinas no son muy diferentes solo variacutean en sus pesos moleculares como se observa en la tabla 4 (Carmichael 1992) Tabla 4- Pesos moleculares de algunas Microcistinas

PESOS MOLECULARES DE MICROCISTINAS CIANOTOXINA PESO MOLECULAR Microcystin-LA 909 Microcystin-LR 994 Microcystin-YR 1044 Microcystin-YM 1035 Microcystin-RR 1037

El grupo aacutecido 3-amino-9-metoxi- 2 6 8-trimetil-10-decafenil- 4 6-dienoico (ADDA) es el componente estructural principal para la actividad bioloacutegica Durante la purificacioacuten de microcistina por HPLC con frecuencia es eluiacutedo un pico pequentildeo cercano al pico principal de la toxina Cuando se analizoacute este pico pequentildeo se encontroacute que era isoacutemero geomeacutetrico de la toxina En la figura 6 se observa la isomerizacioacuten localizada en el C-8 posicioacuten de ADDA Las toxinas asociadas con estos picos secundarios son Microcistina-LR (leucina arginina) y Microcistina-RR (arginina arginina) Los isoacutemeros mostrados en la figura 6 demostraron no ser toacutexicos arriba de 1 mgkg viacutea inyeccioacuten intraperitonial en bioensayo en ratoacuten como se observa en la tabla 5 Tabla 5- Toxicidad aguda de varias cianotoxinas CIANOTOXINA ORGANISMO VIacuteA LD50 Microcystin-LR ratoacuten ip 50 microgKg Microcystin-LR ratoacuten oral 3-4 mgKg Microcystin-LR rata ip 70-120microgKg Aphantoxina ratoacuten ip 10 microgKg ip= inyeccioacuten intraperitoneal

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MECANISMOS FISICOQUIMICOS DE LA DEGRADACION DE LA TOXINA MICROCISTINA-LR ESTRIA EN INGENIERIA AMBIENTAL MARIA DOLORES MARTINEZ SALGADO TESIS DE MA

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= Centro asimeacutetricoR (Configuracioacuten derecha)

= Centro asimeacutetrico S (Configuracioacuten izquierda) SMasp

HN

6

NH

Y

O H COOH

Leu

Arg

16

H

87 5

4 3

2 O1

H COOH

CH2

O

NHH

H3C O

D-ala

Mdha

OCH3

H

H H

HH CH3

H

H C 3

17

X

S

Adda

12

13

14

15

9

H3C

19 18

R

O

N

R2

R

H N

HR1

R S

S

S S

10

11

MCYST-LA X=Leu R1 = CH3 Y= Ala R2 =CH3 909 MCYST-M(O(R X=Met(O) R1 = CH3 Y= Arg R2 =CH3 1028 Metionina-sulfoxido-arginina MCYST-YA X=Tyr R1 = CH3 Y= Ala R2 =CH3 959 MCYST-LR X=Leu R1 = CH3 Y= Arg R2 =CH3 994 MCYST-FR X=Phe R1 = CH3 Y= Arg R2 =CH3 1028 Fenilananina-arginina MCYST-AR X=Ala R1 = CH3 Y= Arg R2 =CH3 952 MCYST-YM X=Tyr R1 = CH3 Y= Met R2 =CH3 1018 MCYST-RR X=Arg R1 = CH3 Y= Arg R2 =CH3 1037 MCYST-RR X=Arg R1 = H Y= Arg R2 =CH3 1023 MCYST-RR X=Arg R1 = H Y= Arg R2 =H 1009 MCYST-YR X=Tyr R1 = CH3 Y= Arg R2 =CH3 1044 MCYST-HtyrR X= Htyr R1 = CH3 Y= Arg R2 =CH3 1055 MCYST-HtyrR X= Htyr R1 = H Y= Arg R2 =CH3 1044 MCYST-WR X= Trp R1 = CH3 Y= Arg R2 =CH3 1067 Triptofan-arginina

R

Fig5 Estructuras conocidas de microcistinas

D-Glu


Fig 6 Isoacutemero especular de la microcistina-LR

CH3

NH

N

o

H

H

O

H3C

N

OCH2

O

HN

H3C

H

HN

CH3

H

H COOH O

NH

CH3

H

H

H

OCH3 HN

H

O

NH

CH3

H3C

HCH3 H

HH

COOH

O

HN

NH IMAGEN EN EL ESPEJO DE MICROCISTINA LR NO TOacuteXICA

NH

H

O

HN CH3 N

H

H COOH O

N

O

O

CH2

CH3

O

H NH

CH3

HN

H3C

H O

H2N

NH

CH3 H

MICROCISTINA LR TOacuteXICA

H

COOH

H 3 C

H

CH3 H

HH

H

OCH3 H3C

H

O H

H NH

H2N

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El aminoaacutecido ADDA ha sido una herramienta uacutetil en la investigacioacuten de microcistina proporciona a la moleacutecula caracteriacutesticas de absorbancia con longitud de onda de 238 nm se piensa que se atribuye al grupo dieno conjugado en la cadena larga de carbono de este aminoaacutecido poco comuacuten La mitad de ADDA es tambieacuten necesaria para la toxicidad y es importante en el enlace de la toxina a la proteiacutena fosfatasa La estereoquiacutemica aproximada de los dienos del grupo ADDA ha presentado tambieacuten influencia en la toxicidad al igual que los niveles de metilacioacuten de varias estructuras en el peacuteptido ciacuteclico Se ha visto que ocurre una marcada reduccioacuten en la toxicidad cuando sufren alteraciones los dobles enlaces del grupo ADDA este grupo tambieacuten es responsable de la actividad bioloacutegica de las toxinas (Mazur y Plinski 2001) Ocurren muchas reducciones pequentildeas en la toxicidad con la saturacioacuten de N-dehydrometilalanina (Mdha) (Harada 1990) La absorbancia de ADDA da un anaacutelisis significativo de microcistinas separaacutendolas por HPLC b)-Toxicidad de las cianotoxinas Las microcistinas son conocidas por ser un potente inhibidor de ciertas enzimas (proteiacutena fosfatasa) estas funcionan en conjunto con otras enzimas-proteiacutena quinasa para regular el nuacutemero del grupo fosfato de las proteiacutenas Las quinasas antildeaden grupos fosfato y las fosfatasas los eliminan se sabe que los peacuteptidos inducen la contraccioacuten de los hepatocitos (ceacutelulas funcionales del hiacutegado) y eacutestas de ordinario muy empaquetadas se separan Lo mismo sucede con los capilares sinusoidales del hiacutegado Las microcistinas y nodularias son quiacutemicamente estables (Mazur y Plinski 2001) Las hepatotoxinas peacuteptidas o microcistinas acumuladas predominantemente en el hiacutegado producen sus efectos toacutexicos a traveacutes de la inhibicioacuten especiacutefica de los tipos de proteiacutena fosfatasa 1 (PP1) y 2A (PP2A) (Latiacute 1997) Aunque estas moleacuteculas son quiacutemicamente distintas actuacutean exactamente de la misma forma que la toxina de mariscos el aacutecido okadaico La alta frecuencia de caacutencer de hiacutegado en algunas regiones de China ha sido directamente relacionada a las repetidas exposiciones de personas a microcistinas a traveacutes de consumo de agua (Vinagre et al 2003) Estas toxinas causaron los envenenamientos agudos y la muerte de muchos animales repetidamente en Alberta Canada y quizaacutes muchos maacutes en todo el mundo No son extrantildeos los reportes de animales salvajes y domeacutesticos (ganado vacuno rebantildeos cerdos ciervos ardillas gansos y patos (Kotak 1994) moribundos (en 10 minutos) o muertos a lo largo de la orilla de cuerpos de agua con florecimientos cianobacterianos El potencial de envenenamiento depende de 1- La concentracioacuten de la toxina producida por la Cianobacteria

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2- La densidad del florecimiento en el agua 3- La cantidad de agua ingerida 4- La cantidad de ceacutelulas ingeridas por el animal 5- El tamantildeo del animal 6- La cantidad de alimento en el estoacutemago 7- Condicioacuten fisioloacutegica del animal En Canadaacute se realizoacute un estudio inyectando animales de laboratorio con Microcistina-LR resultando signos cliacutenicos de envenenamiento piloereccioacuten entorpecimiento perdida de coordinacioacuten palidez de las extremidades y trabajo respiratorio lento La muerte puede ocurrir en poco tiempo en 40 minutos aproximadamente Los seres humanos generalmente no nadan o no estaacuten en contacto con lugares que estaacuten infestados con algas pero si un florecimiento es altamente toacutexico (ejemplo si la cianobacteria estaacute produciendo una gran cantidad de toxina por unidad de biomasa) la ingestioacuten accidental de un volumen miacutenimo de agua puede ser suficiente para causar problemas de salud Se tienen reportados en la literatura incidentes de envenenamiento en humanos (ejemplo nadadores que accidentalmente tragan agua o bien cuando beben agua contaminada con cianobacteria toacutexica) Es raro el tener exposicioacuten de humanos a gran cantidad de toxina en un periacuteodo de tiempo relativamente corto en cambio exposicioacuten de humanos a bajos niveles de las toxinas en un periacuteodo de tiempo largo puede ser altamente probable (Kotak 1994) El primer efecto toacutexico de microcistinas en el hiacutegado a muy altas dosis es la muerte de ceacutelulas hepaacuteticas y destruccioacuten de los vasos sanguiacuteneos que pueden resultar en serias lesiones y posiblemente en la muerte del organismo afectado No se han establecido liacutemites maacuteximos para microcistina total en agua de consumo humano por lo cual Estados Unidos Canadaacute Australia Gran Bretantildea y la Organizacioacuten Mundial de la Salud (OMS) han sugerido como referencia 1 microgL o 1 ppb sin embargo generalmente es excedido (Briand et al 2003) Las cepas PCC 7820 (una cepa que produce la hepatotoxina microcistina-LR (MC-LR) y CYA 43 (una cepa que produce pequentildeas cantidades de MC-LR) cultivadas de Maeuroginosa producen dos aacutecidos grasos con potentes efectos inhibitorios de la enzima p-nitrofenol fosfatasa (pNPPase) dependiente de K+ La liberacioacuten de estos productos despueacutes del lisado del florecimiento cianobacterial puede ayudar a explicar la muerte de peces a traveacutes de un disturbio en el funcionamiento de las braquias (Codd 1997) En la cuarta Conferencia Internacional de Cianobacteria Toacutexica en la Universidad de Duke en el Laboratorio de Marina en Beaurfort al norte de Carolina del 27 de septiembre al 1 de octubre de 1998 se trataron algunos

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puntos relacionados con las cianotoxinas con la finalidad de comprender por que algunas toxinas son potentes y otras prometen salud y beneficios terapeacuteuticos asiacute como temas relacionados a la toxicidad en laboratorio pruebas desarrolladas en animales deteccioacuten de la toxina regulacioacuten y estudios ecoloacutegicos De acuerdo a Carmichael en un gran nuacutemero de laboratorios en todo el mundo se esta estudiando a la cianobacteria Carmichael (investigador de las cianobacterias y profesor de biologiacutea acuaacutetica y toxicologiacutea de la Universidad de Dayton Ohio) siendo Microcistina el tema comuacuten en muchas presentaciones ya que es producida en las ceacutelulas de algunas cianobacterias En 1996 en Caruaru Brasil se relacionoacute la presencia de microcistinas en agua con el fallo al hiacutegado y subsecuente muerte de 55 pacientes de diaacutelisis en una cliacutenica En menos de seis meses el 84 de los pacientes sufrieron de naacuteusea voacutemito dolor de cabeza e interrupcioacuten visual incluyendo ceguera Los envenenamientos ocurrieron a pesar de meacutetodos de tratamiento de agua previos a su utilizacioacuten en la diaacutelisis (Pouria et al 1998) Tambieacuten microcistina ha sido sospechosa de muertes por uso de agua contaminada durante la diaacutelisis en una cliacutenica de Portugal Finalmente Carmichael no descarta que Estados Unidos pueda tener problemas de toxicidad por agua durante el proceso de diaacutelisis en sus cliacutenicas Aunque desde hace maacutes de un siglo las cianobacterias han sido implicadas en la muerte de ganado y otros animales que beben agua contaminada los efectos en seres humanos apenas se empiezan a presentar sobre todo en la poblacioacuten marginada que se ve forzada a bantildearse y usar agua de estos florecimientos cianobacterianos Los efectos son envenenamientos agudos irritacioacuten por contacto ingestioacuten accidental y exposicioacuten a bajas dosis (que puede resultar en caacutencer de hiacutegado) Otro aspecto de riesgo es el consumo de algas verde-azules las cuales se promueven como beneacuteficas a la salud En Estados Unidos y Canadaacute maacutes de 1 milloacuten de habitantes las consumen en caacutepsulas o tabletas (Barry 1999) 42- DIFERENTES TIPOS DE TOXICIDAD Existen diferentes tipos de toxicidad su clasificacioacuten se realiza de acuerdo a la exposicioacuten que se tiene con los seres vivos son a) La que conduce a una manifestacioacuten aguda y se deriva de exposiciones repentinas de corta duracioacuten Dependiendo de la dosis recibida y del tipo de sustancia pueden ocurrir alteraciones en diversos oacuterganos y sistemas con diferente grado de severidad y reversibilidad que incluso puede producir la muerte En estudios de laboratorio realizados con ratones se administraba diariamente por viacutea oral Microcistina-LR en cantidades de 40 200 y 1000 microgkg de peso del cuerpo durante 13 semanas A partir de 200 microgkg comenzaron a verse cambios en el hiacutegado mientras que con la dosis maacutes alta todos los animales

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presentaban inflamaciones croacutenicas degeneracioacuten focal de los hepatocitos En los machos las transaminasas se elevaron significativamente mientras que la transferasa gamma glutamil se vio reducida En otro estudio con cerdos se administraron extractos de Microcystis aeruginosa en el agua durante un periacuteodo de 44 diacuteas en dosis equivalentes a microcistinas de 280 800 y 1310 microgkg de peso del cuerpo No se observaron efectos para la dosis maacutes baja mientras que en las dos dosis maacutes altas se observaron lesiones en el hiacutegado b) La croacutenica resultante de la exposicioacuten continuacutea Las manifestaciones patoloacutegicas tardan en hacerse aparentes pueden producir la muerte si no se interrumpe la exposicioacuten Una dosis diaria oral de extracto de Microcystis aeruginosa (en dosis equivalentes a microcistinas desde 750-12000 microg de Microcistina-YM por Kg de peso del cuerpo) durante un antildeo fue aplicada en ratones obteniendo resultados para las concentraciones maacutes altas de toxina Se observoacute que en los ratones donde se aplicaban las dosis maacutes altas se incrementaba la mortalidad se observaban lesiones croacutenicas en el hiacutegado y habiacutea evidencia de formaciones tumorales a pesar de que no se detectoacute caacutencer Eacuteste y otros estudios han establecido que el consumo oral de agua con extractos de Microcystis actuacutea como promotor en la formacioacuten de tumores De acuerdo con el tipo de alteracioacuten que producen se clasifica a las sustancias como neurotoacutexicas (si afectan al sistema nervioso) nefrotoacutexicas (si dantildean los rintildeones) hepatotoacutexicas (si producen efectos en el hiacutegado) teratogeacutenicas (si producen malformaciones congeacutenitas) y mutageacutenicas o genotoacutexicas (si inducen cambios geneacuteticos) Cuando el dantildeo ocurre en un sitio distante del lugar de ingreso de la sustancia al organismo se dice que se trata de toxicidad sisteacutemica para diferenciarla de la toacutepica que ocurre en el sitio de contacto (Goodman 1979) 421-Limites establecidos para Microcistinas Los liacutemites que se establecen a continuacioacuten son por el total de microcistinas y son expresadas por equivalentes de Microcistina-LR La OMS (Organizacioacuten Mundial de la Salud 2004) ha realizado evaluaciones con respecto al impacto de las microcistinas sobre la salud humana Se ha concluido en que no hay suficiente informacioacuten para realizar normas que establezcan liacutemites aceptables para microcistinas que no sean Microcistina-LR El liacutemite establecido por la OMS para agua potable es de 1microgl de Microcistina-LR Este valor es provisional debido a la poca informacioacuten disponible Tanto el Codex Alimentarius como el Coacutedigo Alimentario Argentino no hacen

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mencioacuten alguna sobre las microcistinas y sus valores admisibles en agua potable Los liacutemites australianos paiacutes que se dedica intensivamente al estudio de problemas con cianobacterias en especial Microcystis determinan un maacuteximo admitido de 13 microgl Esta diferencia con el valor establecido por la OMS se debe a diferentes valores establecidos para el peso corporal Standard (70kg contra 60Kg) 13 microgL = (40 microgkg de peso corporal 70 Kg 09) (2 Ldiacutea 1000) Donde 40 microgKg de peso corporal por diacutea es el nivel maacuteximo en donde no se observan efectos (NOAEL) sobre un estudio de ingestioacuten en ratones durante 13 semanas de Microcistina-LR tomando como efectos los dantildeos hepatoloacutegicos 70 Kg es el peso estaacutendar de un adulto 09 es la proporcioacuten afectada del total de agua bebida 2 Ldiacutea es el consumo medio de agua en un adulto 1000 el factor de seguridad a partir de la extrapolacioacuten de animales a humanos Esto fue establecido en el trabajo monograacutefico de Biologiacutea II de la carrera de Ingenieriacutea en Alimentos por la profesora Mariacutea Andel (UADE) en Australia (Braga 1998) 43- FLORECIMIENTO ( umlBLOOM uml) Florecimientos de cianobacterias frecuentemente ocurren en lagos y riacuteos de recreacioacuten usados para realizar deportes (natacioacuten canotaje etc) durante la temporada de verano En verano en los meses de agosto septiembre y octubre (Hoffman 1996) suele ocurrir un raacutepido incremento en la poblacioacuten de microorganismos acuaacuteticos fotosinteacuteticos (cianobacteria o fitoplancton) que hacen que el agua se decolore y los microorganismos produzcan toxinas lo cual la hace inadecuada para beber si hay un florecimiento de cianobacterias puede matar todos o casi todos los peces de un lago o estanque Florecimientos extensivos de cianobacterias verde-azul dominado por Mycrocystis aeruginosa han ocurrido en forma constante en los uacuteltimos veranos a lo largo del riacuteo Nause (EUA) con periacuteodos de bajo flujo (Bryan 1986) Estos son fenoacutemenos naturales que ocurren en cuerpos de agua con altos niveles de nutrientes cuando las condiciones son favorables periacuteodos largos de luz solar

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que proveen temperaturas altas la temperatura oacuteptima medida en el laboratorio de 275 ordmC (Bryant 1986) energiacutea necesaria para la fotosiacutentesis y condiciones de vientos escasos o nulos La temperatura afecta la relacioacuten de crecimiento e intensidad de luz para estos organismos por lo que las poblaciones de cianobacterias pueden dominar el medio ambiente acuaacutetico local Generalmente estas estaacuten presentes en embalses pero pueden encontrarse en riacuteos durante la eacutepoca de sequiacutea o cuando su flujo es reducido por irrigacioacuten y uso casero Estos fenoacutemenos tienen gran importancia ecoloacutegica y sanitaria debido especialmente a siacutentesis de toxinas como metabolitos secundarios Cuando billones de ceacutelulas cianobacterianas agotan el oxiacutegeno que necesitan para vivir provocan su descomposicioacuten y la liberacioacuten de toxinas que afectan la salud humana y animal provocando la muerte de muchos organismos acuaacuteticos Se han observado nadadores jugando en la espuma verde y tomando sus fotografiacuteas con liacuteneas de espuma verde sobre sus cuerpos Un grupo de reclutas del ejeacutercito Britaacutenico como parte de su entrenamiento fue un diacutea completo a nadar y remar en canoas en el lago con florecimiento toacutexico de Microcystis (variedad de cianobacteria) los soldados desarrollaron ampollas en su boca sufrieron de voacutemito y diarrea uacutelceras y en dos casos neumoniacutea aguda Los florecimientos cianobacterianos de Microcystis que ocurren en todo Australia han sido causa de muchos casos de envenenamiento de ganado en el sur de Nuevo Gales y Victoria En muestras cianobacterianas de agua de riacuteo se ha encontrado que contienen el mismo veneno paralizante que estaacute presente en el envenenamiento por mariscos Es importante el potencial de algunas de las toxinas cianobacterianas para estimular el crecimiento de caacutencer esto ha sido demostrado en experimentos con animales Existe evidencia de caacutencer en humanos asociado con agua de beber contaminada En Estados Unidos se han reportado datos que prueban que el 40 de todos los florecimientos cianobacterianos fueron toacutexicos durante el verano de 1987 reportes de Scandinavia y otras aacutereas de Europa encontraron un porcentaje similar (Carmichael 1992) En la tabla 6 se muestran los sitios de diferentes paiacuteses en los cuales han ocurrido florecimientos Tabla 6-Lugares donde se han presentado florecimientos toacutexicos LUGAR REFERENCIA Lago Alberta Edmonton Canadaacute 1993 Florida de mayo de 1994 a mayo de 1997 EUA Steidinger 1997 Lago Klamath Oregon agosto-octubre 1995-1996EUA

The toxins 1997

Caruaru Brazil 1998 Pouria et al 1998

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Lago Erie Ohio EUA 1996-1997 Taylor 1997 Ten Mile Oregoacuten EUA 1997 Lago Rodo en 1998 Uruguay Lago Sammamish 5-Septiembre ndash1998 Riacuteo de la Plata febrero 1999 Leoacuten 1999 En general se han presentado florecimientos cianobacterianos en casi todo el mundo los paiacuteses mencionados por la literatura son Argentina Japoacuten Canadaacute Nueva Zelanda EUA Portugal Francia Suecia Italia URSS (International Environmental Technology 1997 Carmichael 1988 Kotak 1991) 44-CULTIVO AISLAMIENTO Y METODOS PARA LA DEGRADACION DE MICROCISTINA-LR 441-Meacutetodos de cultivo y concentracioacuten de Microcistinas Watanabe (1983) elaboroacute un meacutetodo sencillo para aislar Cianobacterias que consiste con ayuda de un pantildeo de tela en lavar varias veces las colonias colectadas con solucioacuten fisioloacutegica salina Este meacutetodo logra retirar microorganismos que no son de intereacutes para este estudio Las ceacutelulas son removidas del pantildeo con la ayuda de una pipeta Pasteur son resuspendidas en una solucioacuten salina posteriormente se observan al microscopio y finalmente una gota de estas ceacutelulas se coloca en un tubo de ensaye con tapoacuten de rosca con medio de cultivo adecuado Se cultivan a 25deg C con condiciones de luz de 20-30 microEm2 El crecimiento de las ceacutelulas cianobacterianas es de aproximadamente un mes el cambio en el color es un indicativo de crecimiento El medio de cultivo BG11 se utilizoacute para el cultivo de Microcystis aeruginosa (Kruger y Elfo 1981 Codd y Poon 1988) este medio contiene una gran cantidad de nitrato de sodio correspondiente a 247mg de nitroacutegeno por litro Carmichael en 1988 utilizoacute este medio para el cultivo de Ondulariacutea spumigena aislada de agua salada despueacutes se adicionan 10g de cloruro de sodio (NaCl) por litro Anteriormente se habiacutea probado un medio de cultivo elaborado con los mismos componentes que contiene el medio BG11 pero no conteniacutea nitrato de sodio con lo cual la cantidad de nitroacutegeno disponible era menor Se determinoacute que para que Microcystis se desarrolle favorablemente debe haber una fuente rica en nitroacutegeno No se produjo toxina Microcistina- LR del cultivo de Microcystis debido a que al eliminar los depredadores naturales y tener una cepa pura Microcystis no tiene necesidad de generarla por que no se ve atacada

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442- Meacutetodos para la degradacioacuten de Microcistinas Las aguas contaminadas por la actividad humana pueden en general ser procesadas eficientemente por plantas de tratamiento bioloacutegico por adsorcioacuten con carboacuten activado u otros adsorbentes o por tratamientos quiacutemicos convencionales (oxidacioacuten teacutermica cloracioacuten ozonizacioacuten permanganato de potasio) En la tabla 7 se muestran algunas de las tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten En algunos casos estos procedimientos resultan inadecuados por lo que se estaacute recurriendo en los paiacuteses industrializados al uso de las llamadas Tecnologiacuteas o Procesos Avanzados de Oxidacioacuten (TAOs PAOs) (Legrini 1993 Bolton 1994) Estos procesos se basan en procesos fisicoquiacutemicos capaces de producir cambios profundos en la estructura quiacutemica de los contaminantes El Concepto fue inicialmente establecido por Glaze y colaboradores (Huang 1993 Domeacutenech et al 2002) quienes definieron los PAOs como procesos que involucran la generacioacuten y uso de especies transitorias poderosas principalmente el radical hidroxilo (HO) el cual puede ser generado por medios fotoquiacutemicos (incluida la luz solar) o por otras formas de energiacutea y posee alta efectividad para la oxidacioacuten de materia orgaacutenica Tabla 7-Tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten PROCESOS NO FOTOQUIacuteMICOS PROCESOS FOTOQUIacuteMICOS Ozonizacioacuten en medio alcalino(O3OH) Oxidacioacuten en agua sub y supercriacuteticaOzonizacioacuten con peroacutexido de hidroacutegeno (O3H2O2) y relacionados

Procesos fotoquiacutemicos

Procesos Fenton (Fe2+H2O2) y relacionados

Fotoacutelisis del agua en el ultravioleta devaciacuteo (U VV)

Oxidacioacuten electroquiacutemica UVperoacutexido de hidroacutegeno Radioacutelisis y tratamiento con haces de electrones

UVO3

Plasma no teacutermico Foto-Fenton y relacionadas Descarga electrohidraacuteulica-Ultrasonido Fotocataacutelisis heterogeacutenea 4421- Fenton El proceso Fenton ha resultado efectivo para degradar compuestos alifaacuteticos y aromaacuteticos clorados PCBacutes nitroaromaacuteticos colorantes azo clorobenceno PCP fenoles fenoles clorados octacloro-p-dioxina y formaldehiacutedo Los compuestos que no pueden ser atacados por este reactivo son pocos entre ellos la acetona el aacutecido aceacutetico el aacutecido oxaacutelico las parafinas y los compuestos organoclorados (Bigda 1995) Es un buen oxidante de herbicidas y otros contaminantes de suelos tales como hexadecano o Dieldrin Las ventajas del meacutetodo son varias el Fe (II) es abundante y no toacutexico el peroacutexido de hidroacutegeno es faacutecil de manejar y ambientalmente benigno No se forman compuestos clorados como en otras teacutecnicas oxidantes

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La reaccioacuten de Fenton es conocida como un meacutetodo alternativo de generacioacuten de especies muy reactivas (Walling 1975) Sales de metales de transicioacuten tales como Fierro pueden activar H2O2 en las reacciones subsecuentes H2O2 + Fe2+ HO HO- + Fe 3+ (1) H2O2 + Fe3+ HO2

HO+ + Fe 2+ (2) HO + Fe2+ HO- + Fe 3+ (3) HO2

+ Fe3+ O2 + H+ + Fe 2+ (4) H2O2 + HO H2O + HO2 (5) El radical hidroacutexilo HOy el radical superoxido HO2 convierten el sustrato a la forma del radical el cual subsecuentemente es oxidado y dimerizado Los procesos de activacioacuten empleados de H2O2 por sales de fierro tienen un uso efectivo al tratar aguas contaminadas con varios compuestos orgaacutenicos incluyendo contaminantes nitroaromaticos (Li 1997) 4422-Foto-Fenton La reaccioacuten de Fenton aumenta su eficiencia por iluminacioacuten debido a varios factores La fotoacutelisis de hidroxicomplejos de Fe3+ es una fuente adicional de HO Fe (III)(OH)2++ hv Fe(II) + HO El Fe(II) foto generado de esta manera produce grupos HO a traveacutes de la ecuacioacuten y continuacutea el ciclo Permite el uso de longitudes de onda desde 300 nm hasta el campo visible Las concentraciones de Fe (II) a emplearse pueden ser de oacuterdenes de magnitud menores que en la reaccioacuten de Fenton convencional Si se usan radiaciones menores que 360nm se puede aprovechar la produccioacuten de HO generada por fotoacutelisis del H2O2 El meacutetodo es eficiente pero tiene la desventaja de que debe agregarse H2O2 continuamente y mantener condiciones aacutecidas Trata con eacutexito compuestos nitroaromaacuteticos fenoles policlorados herbicidas (24D y 245-T) y plaguicidas

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5-HIPOTESIS Los meacutetodos de oxidacioacuten avanzados radiacioacuten Ultravioleta Fenton y Foto-Fenton son capaces de degradar la accioacuten de la toxina Microcistina-LR 6-OBJETIVO GENERAL Degradar la toxina Microcistina-LR utilizando meacutetodos avanzados de oxidacioacuten 61-OBJETIVOS PARTICULARES

Probar el efecto de la aplicacioacuten de la radiacioacuten de luz Ultravioleta sobre la toxina Microcistina-LR Probar el efecto de oxidacioacuten al utilizar el meacutetodo de reactivo de Fenton

sobre la toxina Microcistina-LR Probar el efecto de oxidacioacuten aplicando el meacutetodo de Foto-Fenton

sobre la toxina Microcistina-LR

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7- METODOLOGIacuteA Con la finalidad de obtener la Microcistina-LR a partir del ambiente se monitoreo la presencia (florecimientos) de Microcystis aeruginosa en la presa ldquoValle de Bravordquo particularmente en las estaciones ldquoAmanalcordquo ldquoCentrordquo y ldquoCortinardquo durante los antildeos 2001 y 2002 Tales monitoreos anteceden la presencia de florecimientos abundantes (los datos de la concentracioacuten reportada se muestran en el anexo 1) de Microcystis aeruginosa en el mes de julio Pero fue hasta el antildeo 2004 cuando en la estacioacuten de ldquoCortinardquo de la presa ldquoValle de Bravordquo se presentoacute un florecimiento abundante de la cianobacteria razoacuten por la cual se decidioacute obtener la toxina de este embalse 71-OBTENCIOacuteN DE LA TOXINA MICROCISTINA-LR Se recolectoacute muestra de la cianobacteria Microcystis aeruginosa en la estacioacuten ldquoCortinardquo de la presa ldquoValle de Bravordquo con la cual se realizoacute el cultivo ldquoin Vitrordquo teniendo como propoacutesito la obtencioacuten de la toxina Microcistina-LR en el laboratorio El cultivo se logroacute realizar pero no generoacute la toxina debido a que se utilizoacute una cepa pura la cual al no tener depredadores naturales que la atacaran no necesitoacute producirla Para ver detalles del procedimiento de cultivo ver anexo 2 Como se mencionoacute anteriormente y debido a que no se logroacute obtener la toxina Microcistina-LR en el laboratorio se recurrioacute a traer el agua de la presa de Valle de Bravo En el antildeo 2004 en la estacioacuten Cortina se presentaron grandes manchas de acumulacioacuten de ceacutelulas lo que dio indicio de una acumulacioacuten de cianofitas por lo que se tomaron 20 litros de agua y se transportaron en bantildeo de hielo al laboratorio de Calidad del Agua del IMTA (Instituto Mexicano de Tecnologiacutea del Agua) Una vez en el laboratorio los 20 litros de agua fueron distribuidos en reservorios de plaacutesticos de 1 litro y congelados a -20ordm C para su posterior concentracioacuten y purificacioacuten 72-CONCENTRACION Y PURIFICACIOacuteN DE LA TOXINA Para la concentracioacuten de la muestra se procedioacute a colocarlas en bantildeo de ultrasonido durante 3 periodos de 30 minutos cada uno esto con la finalidad de descongelarlas y ayudar al rompimiento de las ceacutelulas para liberar la toxina que hay en su interior para eliminar las partiacuteculas de gran tamantildeo se filtroacute a traveacutes de un filtro Whatman 40 y despueacutes por una membrana de nylon de 02 mm de poro Una vez filtrada la muestra se llevoacute a cabo la extraccioacuten de la toxina mediante la teacutecnica de extraccioacuten en fase soacutelida (Solid Phase Extraction) por sus siglas en ingleacutes SPE utilizando un cartucho C18 conforme a la siguiente metodologiacutea

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1-Acondicionar pasando a traveacutes del cartucho C18 y con ayuda de vaciacuteo 4 ml de metanol 2-Agregar al cartucho C18 10 ml de una solucioacuten A (95 de Fase de Acetato de amonio 10mM pH=7 plusmn02 y 5 de metanol) 3-Pasar a traveacutes del cartucho acondicionado 500 ml de muestra evitando que se seque 4-Adicionar 10 ml de la solucioacuten A (95 de Fase de Acetato de amonio 10mM pH=7 plusmn02 y 5 de metanol) con la finalidad de limpiar el cartucho de compuestos que no son de intereacutes 5-Agregar 4 ml de la solucioacuten B (765 de Fase de Acetato de amonio 10mM pH=7 plusmn02 185 de Acetonitrilo y 5 de metanol) para retirar compuestos ajenos a Microcistina-LR 6-Eluir la Microcistina-LR con 2 porciones de 4 ml de la solucioacuten C (60 de Fase de Acetato de amonio 10mM pH=7 plusmn02 35 de Acetonitrilo y 5 de metanol) cada porcioacuten se recolecta por separado siendo la primera en la que se tiene la mayor concentracioacuten 7-La extraccioacuten obtenida se liofilizoacute con la finalidad de eliminar la solucioacuten C Despueacutes de la extraccioacuten se procedioacute a la cuantificacioacuten de la Microcistina-LR mediante la teacutecnica de Cromatografiacutea de Liacutequidos de Alta Resolucioacuten (HPLC) Para determinar la concentracioacuten de la toxina se preparoacute una curva de calibracioacuten utilizando un estaacutendar de Microcistina-LR (marca Sigma lote 110k1672 clave M-2912 con una pureza de 95 en una presentacioacuten liofilizada de 500 microg los cuales se resuspendieron en 10 ml de metanol obteniendo una concentracioacuten de 50 microgml) en las concentraciones de 1 2 4 6 8 y 10 microgml (r^2=0995) 73 MEacuteTODO ANALITICO (CROMATOGRAFIA DE LIQUIDOS DE ALTA RESOLUCIOacuteN) Para poder detectar analizar y monitorear la existencia de la toxina Microcistina-LR se generoacute un meacutetodo analiacutetico basado en la teacutecnica de cromatografiacutea de liacutequidos de alta resolucioacuten (conocido como CLAR oacute HPLC) El cual consiste en utilizar un estaacutendar de Mirocistina-LR de marca Sigma (lote 110k1672 clave M-2912 con una pureza de 95 de 500 microg los cuales se resuspendieron en 10 ml de metanol obteniendo una concentracioacuten de 50 microgml) El cromatoacutegrafo empleado para el anaacutelisis de Microcistina-LR fue un equipo Hewlett Packard modelo 1050 con bomba cuaternaria inyector automaacutetico y

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detector de luz ultravioleta y una columna marca Supelco Supelcosil LC-18 de fase reversa (de 25 cm 46 mm 5 microm 58298) col16922-02 (Martiacutenez 2000) Tiempo de corrida 30 minutos Longitud de onda 238 nm Volumen de inyeccioacuten 25 microl Flujo 10 mlmin Contenido de los reservorios A Agua desionizada B Acetato de amonio 10 Mm pH 7 C MeOH D Acetonitrilo Gradiente utilizado Time B C D 000 950 50 00 150 930 50 20 200 600 50 350 240 600 50 350 250 930 50 20 Nota El tiempo de corrida para realizar los experimentos de Fenton se redujo a 15 minutos utilizando el mismo gradiente 74-DEGRADACIOacuteN DE LA TOXINA MICROCISTINA-LR MEDIANTE MEacuteTODOS DE OXIDACIOacuteN AVANZADOS DE RADIACIOacuteN UV FENTON Y FOTO-FENTON Las muestras y la degradacioacuten de la toxina Microcistina-LR (anaacutelisis cualitativo y cuantitativo) asiacute como Ultravioleta Fenton y Foto-Fenton fueron analizados por el meacutetodo analiacutetico de HPLC La toxina purificada y cuantificada se disolvioacute en agua desionizada para realizar las pruebas de degradacioacuten con los diferentes meacutetodos de oxidacioacuten Para radiacioacuten UV se utilizaron 7 microgml para Fenton y Foto-Fenton 4 microgml 741-Radiacioacuten con UV La toxina purificada que se utilizoacute fue cuantificada con la curva de 1-10 microgml la concentracioacuten obtenida al ser superior a 10 microgml y salir del rango de la curva dio una concentracioacuten erroacutenea por lo que al colocar la cantidad de toxina requerida para obtener una concentracioacuten de 4 microgml y tomar el vial inicial y cuantificar la cantidad de toxina inicial la concentracioacuten obtenida fue

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de 7 microgml en un volumen de 11ml con agua grado Milli-Q (con una conductividad lt 1 micromhocm) El agua milliQ que conteniacutea una concentracioacuten de de 7 microgml de toxina se colocoacute en 11 viales de vidrio transparente de 18 ml de capacidad 1 ml de esta mezcla se distribuyoacute a cada uno de los viales despueacutes se irradiaron a diferentes tiempos de exposicioacuten (15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 minutos) con una laacutempara de UV de 36 W (WHI-36W-PLL Philips Lighting Company) de λ=365nm Para monitorear la degradacioacuten de la toxina se analizaron los viales en los diferentes tiempos de exposicioacuten mediante HPLC con dicho anaacutelisis se determinoacute la disminucioacuten en la concentracioacuten de la toxina en relacioacuten al tiempo transcurrido Se realizaron tres repeticiones de este experimento utilizando la misma concentracioacuten de 7 microgml con la finalidad de corroborar los resultados 742-Reaccioacuten Fenton Todas las soluciones fueron preparadas en un vial coacutenico de 11 ml en el cual se colocoacute la cantidad de toxina y las cantidades de los reactivos necesarios Los reactivos utilizados son peroacutexido de hidroacutegeno (marca Aldrich estabilizado al 30) sulfato ferroso heptahidratado (marca Baker grado reactivo) necesarios para realizar cada proceso se aforo a 11 ml con agua grado Milli-Q (conductividad lt 1 micromhocm) despueacutes se agitaron para lograr un mezclado homogeacuteneo y se coloco 1 ml de muestra en viales transparentes de 18 ml de capacidad los cuales posteriormente fueron analizados en HPLC Nota Para todos los experimentos de Fenton el pH fue ajustado a lt 5 unidades con aacutecido sulfuacuterico 10M antes de adicionar los reactivos de fenton EXPERIMENTO 1-Todas las reacciones se llevaron a cabo a temperatura ambiente en un vial coacutenico de 11ml se colocoacute una concentracioacuten inicial de 4 microgml de Microcistina-LR en un vial coacutenico se adicionaron las siguientes concentraciones 025mM de Peroacutexido de hidroacutegeno y 025 mM de Sulfato de fierro los reactivos fueron mezclados de manera manual agitaacutendolos 1 ml de la muestra se distribuyo en cada uno de los 11 viales de 18 ml de capacidad se colocaron en el automuestreador de HPLC y se inyectaron 25 microl de muestra cada 15 minutos en este caso se monitoreoacute hasta 600 minutos EXPERIMENTO 2- Se adicionoacute una concentracioacuten de 05 mM de Peroacutexido de hidroacutegeno y 025 mM de Sulfato de fierro y una concentracioacuten de 4 microgml de Microcistina-LR en un vial coacutenico de 11 ml despueacutes de ser agitados para que la reaccioacuten se llevara a cabo la mezcla se distribuyo colocando 1 ml de la solucioacuten en viales de 18 ml de capacidad se inyectaron 25 microl en el HPLC cada 15 minutos para monitorear la toxina microcistina-LR en este caso se monitoreo hasta 450 minutos

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EXPERIMENTO 3-Se utilizoacute una concentracioacuten de reactivos 10 veces mayor que la del experimento 2 usando concentraciones de 5 mM de Peroacutexido de hidroacutegeno y 25 mM de Sulfato de fierro y una concentracioacuten de 4 microgml de Microcistina-LR al igual que en los otros experimentos esto se llevoacute a cabo en un vial coacutenico de 11 ml se agitoacute y distribuyo 1 ml de la solucioacuten en cada vial de 18 ml de capacidad inyectando 25 microl en el HPLC cada 15 minutos para monitorear la toxina microcistina-LR Con base en las experiencias de los experimentos anteriores se monitoreo hasta 200 minutos 743-Reaccioacuten Foto-Fenton Para los experimentos de Foto-Fenton se utilizoacute la laacutempara de UV de 36 W (WHI-36W-PLL Philips Lighting Company) de λ=365nm La reaccioacuten se llevo a cabo en un vial coacutenico de vidrio a 11 ml en el cual se mezclaron la toxina Microcistina-LR y los reactivos de Fenton (Sulfato de Fierro y peroacutexido de hidroacutegeno) se coloco 1ml de muestra en viales de 18 ml de capacidad despueacutes fueron expuestos a radiacioacuten UV hasta alcanzar el tiempo de radiacioacuten deseado la reaccioacuten se detuvo adicionando 0025 ml de la solucioacuten de catalasa 01gL (marca Sigma 2200 UAmg) EXPERIMENTO 1- Se utilizoacute una concentracioacuten de 015mM de Peroacutexido de hidroacutegeno y 025mM de Sulfato de fierro y la concentracioacuten inicial de microcistina-LR de 4 microgml en forma inicial se colocaron todos viales dentro de la caacutemara de UV y se retiraron de uno en uno cada 5 minutos adicionando la cantidad de catalasa requerida para detener la reaccioacuten se inyectaron 25 microl en el HPLC se monitoreo la reaccioacuten durante 50 minutos EXPERIMENTO 2- La concentracioacuten utilizada de reactivos en este experimento fue de 025mM de Peroacutexido de hidroacutegeno y 025mM de Sulfato de fierro y 4 microgml microcistina-LR de concentracioacuten inicial todos los viales se colocaron dentro de la caacutemara de UV cada 5 minutos se van retirando de uno en uno se adicionoacute un excedente de catalasa para asegurar que la reaccioacuten no continuara se inyectaron 25 microl en el HPLC el tiempo de monitoreo fue de 50 minutos EXPERIMENTO 3- Para este experimento se adiciono el doble de la concentracioacuten de Peroacutexido de hidroacutegeno utilizada en el experimento 2 utilizando 05mM de este reactivo y 025mM de Sulfato de fierro asiacute como 4 microgml de Microcistina-LR de concentracioacuten inicial los 11 viales fueron colocados dentro de la caacutemara de UV cada 5 minutos se retiraba uno de los viales Para asegurar el alto total de la reaccioacuten se adicionoacute el doble de la cantidad calculada de catalasa que requeriacutea Se inyectaron 25 microl de cada uno de los viales en el HPLC monitoreando este experimento durante 50 minutos

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MECANISMOS FISICOQUIMICOS DE LA DEGRADACION DE LA TOXINA MICROCISTINA-LR TESIS DE MAESTRIA EN INGENIERIA AMBIENTA MARIA DOLORES MARTINEZ SALGADO

8-RESULTADOS ANALISIS Y DISCUSIOacuteN 81-MUESTREO EN VALLE DE BRAVO Durante los antildeos 2001-2002 se llevoacute a cabo muestreoas en los tres sitios (Amanalco Centro y Cortina) de la Presa Valle de Bravo tomando una muestra de aproximadamente 500 ml por cada punto (ver tablas 1213 y 14 del anexo 1) En el antildeo 2001 se tomoacute muestra de agua de los sitios antes mencionados llevadas al laboratorio congeladas y descongeladas y despueacutes filtradas para ser analizadas en forma directa tomando una aliacutecuota sin purificacioacuten e inyectando al HPLC por lo que teniacutea el pico cromatograacutefico de la toxina ademaacutes de otros picos de compuestos no identificados obtenieacutendose los datos mostrados en la figura 7 para mayor informacioacuten consultar el anexo 1

MC-LR EN VALLE DE BRAVO EN EL 2001

0

1000

2000

3000

4000

5000

Ene-01

Feb-01

Mar-01

Abr-01

May-01

Jun-0

1Ju

l-01

Ago-01

Sep-01

Oct-01

Nov-01

Con

cent

raci

oacuten (micro

gm

l)

Centro Cortina Amanalco

Figura 7- Concentracioacuten de MC-LR durante los meses del antildeo 2001 en tres estaciones de Valle de Bravo En el antildeo 2002 los muestreos a estos sitios continuaron daacutendonos mayor informacioacuten sobre los meses en que hay mayor concentracioacuten de Microcistina-LR en la presa Valle de Bravo observando que durante los meses de marzo y julio la estacioacuten Centro alcanza altas concentraciones y que para los sitios Cortina y Amanalco se detecta una concentracioacuten alta de 480-1200 microgml durante los meses de abril y julio (figura 8)

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MC-LR EN VALLE DE BRAVO 2002

0500

1000150020002500300035004000

Ene-02

Feb-02

Mar-02

Abr-02

May-02

Jun-0

2Ju

l-02

Ago-02

Sep-02

Oct-02

Nov-02

Dic-02

Con

cent

raci

oacuten (micro

gm

l)


Figura 8- MicroBravo

cistina-LR durante el antildeo 2002 en tres estaciones de Valle de

Comparando los resultados de los 2 antildeos 2001 y 2002 se observa una concentracioacuten alta en la estacioacuten Cortina en el mes de julio asiacute como para las estaciones centro y Amanalco para la estacioacuten centro la maacutexima concentracioacuten se alcanza en el mes de marzo con 3542 microgml Estos datos nos sirvieron de antecedente para saber que en este embalse la proliferacioacuten de cianobacterias era de Microcystis aeruginosa principal productora de microcistina-LR y que durante el mes de julio (figura 9) es cuando hay mayor concentracioacuten en al menos tres sitios de la Presa Valle de Bravo Al no obtener toxina Microcistina- LR del cultivo in vitro se optoacute por utilizar muestra traiacuteda de la Presa de Valle de Bravo siendo el mes de julio donde se detecta una gran concentracioacuten de conglomerados de cianofitas en la estacioacuten cortina por lo que se tomoacute muestra superficial de este sitio y se llevoacute al laboratorio para concentrar y purificar la toacutexina microcistina-LR

MC-LR EN VARIOS MESES DEL ANtildeO

0500

100015002000250030003500

ENERO

MARZOABRIL

MAYOJU

NIOJU

LIO

AGOSTOSEPT

OCTUBRE

MESES

Conc

entra

cioacuten

(microg

ml)

ANtildeO 2001 ANtildeO 2002

Figura 9- Concentracioacuten de MC-LR presentada en la Estacioacuten Cortina durante los meses del periacuteodo 2001-2002

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82-ESTANDAR Con la finalidad de cuantificar la cantidad de toxina que se obtuvo al romper la ceacutelulas de Microcystis aeruginosa y concentrar la toxina se realizoacute una curva de calibracioacuten en la cual se obtuvo un rand2=0995 se utilizoacute un estaacutendar de Microcistina LR de marca Sigma lote 110k1672 clave M-2912 con una pureza de 95 se disolvieron 500 microg en 10 ml de metanol grado HPLC lote TEC-488-RP19 Marca Tecsiquim Y se obtuvo una concentracioacuten de 50 microgml a partir de esta concentracioacuten se elaboraron los estaacutendares de 1 2 4 6 8 y 10 microgml se inyectaron en el HPLC y se obtuvo la curva (ver figura 10) Se utilizo dicha curva para determinar la concentracioacuten de la toxina (100-500 microgml) obtenida del embalse Valle de Bravo esta curva tambieacuten se utilizoacute para monitorear y cuantificar la concentracioacuten de Microcistina ndashLR y dar seguimiento a la degradacioacuten con los meacutetodos propuestos anteriormente

Figura 10- Curva de Calibracioacuten de MC-LR preparada a partir de un estaacutendar adquirido comercialmente de concentracioacuten conocida (500 microg liofilizado) 83-TECNOLOGIAS AVANZADAS DE OXIDACION Tratamiento 1 RADIACION CON UV Se realizoacute el tratamiento de MC-LR utilizando luz ultravioleta a una longitud de 365nm para lo cual se partioacute de una concentracioacuten de Microcistina-LR de 7microgml los viales se irradiaron durante 150 minutos en forma continua tomando un vial cada 15 minutos (figura 11) No hubo degradacioacuten utilizando la luz ultravioleta la exposicioacuten no se prolongo maacutes debido a que el tiempo de exposicioacuten del agua de maacutes de 150 minutos a la luz UV no es praacutectico y su costo es alto La microcistina-LR es un compuesto muy estable resistente a temperaturas

41


altas por lo que si se graficara se tendriacutea una liacutenea recta en la concentracioacuten inicial de cada experimento Las variaciones de concentracioacuten entre 6 y 8 microgml se pueden deber a la formacioacuten de compuestos muy inestables que absorben a la misma longitud de onda de 365nm

Degradacioacuten de MC-LR con UV

6

7

8

9

10

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150

Tiempo (minutos)

Con

cent

raci

oacuten micro

gm

l

Experimento 1 Experimento 2 Experimento 3

Figura 11- MC-LR expuesta a radiacioacuten continua de UV λ=365nm durante 150 minutos Tratamiento 2 FENTON Al realizar los experimentos utilizando el reactivo de Fenton (sulfato de fierro y peroacutexido de hidroacutegeno) se utilizaron concentraciones de MC-LR con valores aproximados a 4 microgml se tomoacute el primer vial para cuantificar la Microcistina-LR y tomar la concentracioacuten inicial Se utilizaron en dos experimentos concentraciones de sulfato de fierro de 025 mM y se variaron las concentraciones de peroacutexido a 025mM y 05mM en estos experimentos no se observo una degradacioacuten de la toxina al cabo de 10 h hay un incremento de 03 microgml esto es porque probablemente se generen compuestos que absorban a la misma longitud de onda que Microcistina-LR debido a esto se optoacute por realizar un experimento 10 veces maacutes concentrado con concentraciones de 5 mM de peroacutexido de hidroacutegeno y 25 mM de sulfato de fierro en la que al cabo de 10h hay una degradacioacuten muy lenta al igual que en los experimentos anteriores Las concentraciones variacutean debido a la probable generacioacuten de otros compuestos esto solo se puede verificar utilizando un Cromatoacutegrafo de liacutequidos de alta resolucioacuten (HPLC) acoplado a un detector de masas para conocer los compuestos que se estaacuten generando (Figura 12)

42


0

2

4

0 100 200 300 400 500 600 Tiempo (min)

Microcistina-LR

concentracioacuten (microgml)

05 mM H2O2 025mM Fe

025 mM H2O2 025 mM Fe

5 mM H2O2 25 mM Fe

Figura 12- Tratamiento de MC-LR utilizando el reactivo de Fenton (Fe2SO4 y H2O2) Tratamiento 3 FOTO-FENTON Al probarse el reactivo de Fenton combinado con la exposicioacuten de luz ultravioleta continua utilizando concentraciones maacutes bajas ya que los valores de concentracioacuten estaacuten fuera de curva Microcistina-LR son poco confiables y no se puede diluir a concentraciones maacutes bajas (10 microgml) se cuantificoacute el vial inicial y se tomoacute como la concentracioacuten inicial Se realizaron experimentos utilizando la concentracioacuten de Sulfato de fierro constante a 025 mM y variando la concentracioacuten de peroacutexido (este es maacutes barato que el sulfato de fierro) probando 015 mM 025 mM y 05 mM ver tabla 8 Tabla 8-Pruebas de Foto-Fenton con irradiacioacuten continua manteniendo una concentracioacuten constante de sulfato de fierro de 025mM

Tiempo de exposicioacuten H2O2 015mM H2O2 025mM H2O2 05mM

(min) Concentracioacuten

(microgml) Concentracioacuten


(microgml) 0 5451 764 6003 5 256 4195 2528 10 1337 2797 1836 15 1535 188 1276 20 1457 1533 1551 25 1034 0596 021 30 1028 1209 1072 35 0779 0662 0056 40 0247 0121 0241 50 0115 ND 0185

Promedio 14161 22926 13682 Desviacioacuten estaacutendar 15259 23623 17475

ND= No Detectado

43


Como se observa en la figura 13 la degradacioacuten fue maacutes raacutepida en comparacioacuten con los experimentos realizados con radiacioacuten UV donde no se observa degradacioacuten y con Fenton en la que la degradacioacuten es muy lenta La degradacioacuten con Foto-Fenton a los 20 minutos en las tres concentraciones 015 025 y 05mM se juntan en el mismo punto siendo la degradacioacuten maacutes pronunciada a los 20 minutos

Concentraciograven de Sulfato de Fierro 025mM

005

115

225

335

445

555

665

775

885

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Tiempo de exposicioacuten (min)

Conc

entra

cioacuten

(microg

ml)

H2O2 01mM

H2O2 05mM

H2O2 025mM

Figura 13- Tratamiento de MC-LR con Foto-fenton a diferentes concentraciones de peroacutexido En el cromatograma siguiente se observa que la toxina obtenida concentrada y purificada de la presa de Valle de Bravo estaacute en el mismo tiempo de retencioacuten que la toacutexina Microcistina-LR adquirida de marca Sigma lote 110K1672 lo cual nos dio la seguridad de que el compuesto que estaacutebamos obteniendo de manera pura era la toxina microcistina-LR y que la concentracioacuten obtenida es de 10 a 50 veces maacutes que el estaacutendar de 10 microgml preparado de esta toxina de marca Sigma figura 14

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Figura 14- Cromatograma del estaacutendar de MC-LR adquirido de concentracioacuten conocida (10 microgml) y la toxina purificada obtenida de Valle de Bravo Teniendo la toxina purificada se calculoacute la concentracioacuten obtenida la cual fue variable de 100 a 500 microgml de Microcistina-LR esta cantidad sirvioacute para poder determinar que cantidad de toxina se debiacutea colocar para cada experimento los valores para cada experimento variacutean debido a que estas concentraciones se salen de la curva y no son tan confiables como cuando estaacuten a una concentracioacuten media de la curva debido a esto se tomoacute el primer vial y se cuantificoacute para tener el valor real de inicio para cada experimento El monitoreo de la degradacioacuten realizada mediante el tratamiento del agua con el meacutetodo de Foto-Fenton se llevoacute a cabo cuantificando el pico detectado al mismo tiempo de retencioacuten de MC-LR ( tr= 23 min) de marca asiacute como cuantificando con la curva de este estaacutendar ver figura 15 a los 15 minutos de llevarse a cabo la reaccioacuten con Foto-Fenton se ve un pico bien definido en cambio en la figura 16 en la que han pasado 20 minutos de la reaccioacuten este pico ha desaparecido La sentildeal se confunde con el ruido a concentraciones menores de 1microgml por lo que a estas concentraciones es menos confiable la cuantificacioacuten

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Figura 15- Comparacioacuten de un estaacutendar de 6 microgml de MC-LR adquirido comercialmente y la MC-LR degradada con Foto-Fenton (025 mM de Fe+2

y 015 mM de H2O2) despueacutes de ser irradiada en forma continuacutea durante 15 minutos

Figura 16- Cromatograma de la desaparicioacuten de la sentildeal de MC-LR despueacutes de ser sometida a degradacioacuten por Foto-Fenton durante 20 minutos

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La cineacutetica de degradacioacuten de Microcistina-LR utilizando el tratamiento con Foto-Fenton se ajusta a una cineacutetica de primer orden en la concentracioacuten de 015 mM de peroacutexido de hidroacutegeno y 025 mM de sulfato de fierro da un rand2=08864 este valor se debe al error experimentar que se tiene ver tabla 9 y figura 17 Tabla 9-Cineacutetica de degradacioacuten de Microcistina-LR utilizando Foto-Fenton (015 mM de peroacutexido de hidrogeno con concentracioacuten constante de sulfato de fierro de 025 mM)

Tiempo de exposicioacuten

Concentracioacuten de Microcistina-LR

(microgml)

Cineacutetica de degradacioacuten Microcistina-LR

(min) CCo ln CCo ln negativo 0 5451 1 00000 00000 5 256 0470 -07558 07558

10 1337 0245 -14054 14054 15 1535 0282 -12673 12673 20 1457 0267 -13194 13194 25 1034 0190 -16624 16624 30 1028 0189 -16682 16682 35 0779 0143 -19455 19455 40 0247 0045 -30942 30942 50 0115 0021 -38586 38586

Cineacutetica de degradacioacuten de MC-LR utilizando la teacutecnica de Foto-Fenton

y = 00646x + 02125R2 = 08864

005

115

225

335

445

0 10 20 30 40 50 60

tiempo (minutos)

-ln C

Co

Figura 17- Cineacutetica de degradacioacuten de MC-LR tratada con Foto-Fenton (025 mM de Sulfato de fierro y 015 mM de peroacutexido de hidrogeno) La cineacutetica de reaccioacuten utilizando la concentracioacuten 025 mM de peroacutexido de

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hidroacutegeno y 025 mM de sulfato de fierro del experimento de Foto-Fenton da un rand2= 08678 disminuyendo en comparacioacuten con el de 015 mM ver tabla 10 y figura 18 Tabla 10-Cineacutetica de degradacioacuten utilizando 025 mM de peroxido de hidrogeno con concentracioacuten constante de sulfato de fierro de 025 mM



(microgml) Cineacutetica de degradacioacuten de

Microcistina-LR (min) CCo ln CCo ln negativo

0 764 1 0 0 5 4195 0549 -0600 0600 10 2797 0366 -1005 1005 15 188 0246 -1402 1402 20 1533 0201 -1606 1606 25 0596 0078 -2551 2551 30 1209 0158 -1844 1844 35 0662 0087 -2446 2446 40 0121 0016 -4145 4145

Degradacioacuten de MC-LR utilizando la teacutecnica de fotofenton

y = 00832x + 007R2 = 08678

0

1

2

3

4

5

0 10 20 30 40 5

tiempo (minutos)

-ln C

Co

0

Figura 18- Cineacutetica de degradacioacuten de MC-LR tratada con Foto-Fenton (025 mM de Sulfato de fierro y 025 mM de peroacutexido de hidroacutegeno) La cineacutetica de primer orden del experimento de Foto-Fenton de concentracioacuten 05 mM da un rand2= 07278 dando maacutes bajo que las concentraciones de 015 mM y 025 mM por lo que al aumentar la concentracioacuten de peroacutexido la rand2 disminuye ver tabla 11 y figura 19

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Tabla 11-Cineacutetica de degradacioacuten utilizando 05 mM de peroxido de hidrogeno con concentracioacuten constante de sulfato de fierro de 025 mM


(min)



Microcistina-LR CCo ln CCo ln negativo0 6003 1 0 0 5 2528 0421 -0865 0865 10 1836 0306 -1185 1185 15 1276 0213 -1549 1549 20 1551 0258 -1353 1353 25 021 0035 -3353 3353 30 1072 0179 -1723 1723 35 0056 0009 -4675 4675 40 0241 0040 -3215 3215 50 0185 0031 -3480 3480

Degradacioacuten de MC-LR uitlizando la teacutecnica de fotofenton

y = 04106x - 01184R2 = 07278

005

115

225

335

445

5

0 10 20 30 40 50 60

tiempo (minutos)

-ln C

Co

Figura 19-Cineacutetica de degradacioacuten de MC-LR tratada con Foto-Fenton (025 mM de Sulfato de Fierro y 05 mM de peroacutexido de hidroacutegeno)

En el antildeo 1999 (Martiacutenez 2000) se implemento el anaacutelisis de la cianotoxina Microcistina-LR a partir de este antildeo se ha estado monitoreando en la Presa Valle de Bravo en especial en los antildeos 2001 2002 y 2004 se identificoacute la presencia de esta toxina en las tres estaciones Amanalco Centro y Cortina principalmente en el mes de julio

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Radiacioacuten UV-Para realizar el anaacutelisis de MC-LR por radiacioacuten UV a 365 nm se tomoacute una concentracioacuten inicial de 7 plusmn08 microgml y se expusoacute durante 150 minutos en forma continuacutea tomando muestras a intervalos de 15 minutos Los datos generados de estas pruebas no muestran disminucioacuten en las sentildeales cromatograficas al cuantificar con la curva elaborada a partir del estaacutendar existe variacioacuten en los datos presentando en algunos casos una pequentildea disminucioacuten o aumento de a concentracioacuten de plusmn06microgml debido a posibles compuestos secundarios que se forman y absorben a la misma longitud de onda que Microcistina-LR a 238nm Esto se puede corroborar con la utilizacioacuten de un Cromatoacutegrafo de liacutequidos de alta resolucioacuten acoplado a un detector de masas el cual nos proporcionariacutea mayor informacioacuten a cerca de los compuestos que se esteacuten formando

FENTON-En las pruebas realizadas mediante el tratamiento de la

muestra de Microcistina-LR con el reactivo de Fenton no se da una disminucioacuten en la concentracioacuten e incluso hay un pequentildeo incremento de plusmn03 microgml el tiempo de reaccioacuten al que se monitoreo es muy alto 630 minutos por lo que se considera que es un meacutetodo inapropiado de degradacioacuten

FOTO-FENTON-En cambio con estaacute teacutecnica la reaccioacuten es maacutes

raacutepida como se observa en la figura 16 a los 20 minutos ya no hay sentildeal cromatografica (pico) y la cuantificacioacuten de MC-LR es de 15plusmn015 microgml ya que a concentraciones cercanas a 1 microgml la sentildeal se confunde con el ruido dando datos no confiables

La concentracioacuten de 015 mM de Sulfato de fierro y 025 mM de

peroacutexido de hidroacutegeno es con la que se obtienen los mejores resultados ya que en 20 minutos ya no se detecta la sentildeal de la toxina y su cineacutetica de degradacioacuten se ajusta bien a una reaccioacuten de primer orden con un rand2=08864 dando un mejor resultado si se compara con el tratamiento utilizado de 05 mM de peroacutexido de hidroacutegeno dando un rand2=07278 y el valor obtenido con la concentracioacuten de 025 mM de peroacutexido de hidroacutegeno en el que se obtuvo un rand2=08678 en los tres casos la degradacioacuten a un valor cercano de 1 microgml es de 20 minutos se utiliza menos cantidad de peroacutexido de hidroacutegeno con la concentracioacuten de 015 mM que con concentraciones de 025 y 05mM el cual tiene un costo menor que el sulfato de fierro

Las cineacuteticas de degradacioacuten de los experimentos realizados con Foto-

fenton se ajustan a las ecuaciones de primer orden

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9-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

bull De acuerdo con los resultados de los monitoreos realizados en los

antildeos 2001-2002 y a los reportados desde 1999 se observa un establecimiento ciacuteclico de los florecimientos de cepas toxigeacutenicas de Microcystis

bull En Meacutexico no existiacutea una teacutecnica analiacutetica que concentrara y purificara

la toxina Microcistina-LR este trabajo permitioacute el desarrollar la metodologiacutea para el aislamiento y purificacioacuten de la toxina a partir de extractos naturales de cianobacterias la cual ayudara a detectar y cuantificar la cantidad de toxina presente en un cuerpo de agua asiacute como poder realizar experimentos en ratoacuten para poder determinar su LD 50 para cepas de Microcystis aeruginosa en nuestro paiacutes Es necesario continuar con la implementacioacuten de teacutecnicas que nos permitan disminuir los liacutemites de deteccioacuten de esta toxina ya que la OMS establece como liacutemite 1 microl y casi siempre este valor es sobrepasado

bull Se deben tratar de eliminar la estratificacioacuten reduciendo la cantidad de

nutrientes que entran al cuerpo de agua

bull No se deben de utilizar alguicidas (CuSO4) ya que estos provocan la muerte de las ceacutelulas las cuales liberan las toacutexinas

bull Una alta proporcioacuten de Microcistinas estaacuten dentro de las ceacutelulas

cianobacterianas las cuales pueden ser removidas por la filtracioacuten o coagulacioacuten en una planta de tratamiento de agua convencional Se recomiendan cualquiera de estos meacutetodos para para la remocioacuten de cianobacterias filtracioacuten subterraacutenea coagulacioacuten con coagulantes apropiados-floculacioacuten-filtracioacuten filtracioacuten lenta en lecho de arena Las Microcistinas tambieacuten son absorbidas por carboacuten activado

bull El hervir el agua no es efectivo para eliminar las cianotoxinas ya que

soportan condiciones extremas de temperatura (arriba de 300ordmC)

bull RADIACIOacuteN CON UV-El meacutetodo de oxidacioacuten con radiacioacuten UV resultoacute inadecuado para inactivar la toxina Microcistina-LR ya que las sentildeales cromatograacuteficas identificadas con un estaacutendar comercial de concentracioacuten conocida y la concentracioacuten calculada son cantidades que variacutean poco de plusmn06microgml debido a posibles compuestos secundarios que se forman y absorben a la misma longitud de onda que Microcistina-LR a 238nm por lo que no hay una variacioacuten considerable al inicio y final de la exposicioacuten a la irradiacioacuten Esto implica que a condiciones naturales de temperatura ambiente la toxina

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tendraacute una vida media larga una vez liberada al agua

bull FENTON-El meacutetodo de Fenton no tiene efecto sobre la toxina MC-LR durante el tiempo que se monitoreo ya que durante 10 hrs no hubo disminucioacuten e incluso hay un pequentildeo incremento en la concentracioacuten de plusmn03 microgml lo que indica que se pueden estar formando compuestos secundarios como ocurre en el tratamiento con radiacioacuten con UV por esto se considera un meacutetodo inapropiado de degradacioacuten

bull La degradacioacuten de la toxina con el reactivo Fenton y UV si se lleva a

cabo es muy lenta mayor a 10hrs por lo que si aplicamos estos meacutetodos por separado los hace inapropiados para degradar este tipo de toxinas en cambio si los unimos en el meacutetodo de Foto-Fenton (reactivo de Fenton con exposicioacuten a radiacioacuten UV) la degradacioacuten es raacutepida y efectiva se deben de realizar experimentos utilizando menor concentracioacuten de 025 mM de sulfato de fierro para disminuir el costo de este reactivo

bull FOTO-FENTON-La reaccioacuten de Foto-Fenton es un meacutetodo efectivo

para la degradacioacuten de la MC-LR ya que a los 20 minutos se ha logrado la desaparicioacuten total de la sentildeal cromatograacutefica caracteriacutestica de la toxina y la concentracioacuten obtenida es de 15plusmn015 microgml se partioacute de una concentracioacuten de 545 microgml y a los 30 minutos habiacutea 1028 microgml de toxina Microcistina-LR (el 81 ha sido removido) la cineacutetica de la degradacioacuten se ajusta a una de primer orden la concentracioacuten del reactivo de Fenton con mejores resultados es la de 025 mM de sulfato de fierro y 015 mM de peroacutexido de hidroacutegeno asiacute el tiempo de exposicioacuten a luz UV a 365nm (la maacutes comercial) es corto a los 10 minutos ya se ha degradado a 1337microgml (728 ) de la toacutexina

bull Se recomienda utilizar teacutecnicas analiacuteticas alternas como cromatografiacutea

de liacutequidos de alta resolucioacuten con detector de masas para estudiar los productos de degradacioacuten de la toxina obtenidos despueacutes del tratamiento con Foto Fenton

bull La aparicioacuten de florecimientos toacutexicos ciacuteclicos implica la aportacioacuten

constante de Microcistina-LR al agua del embalse con el consecuente riesgo potencial de intoxicacioacuten de los usuarios del embalse tanto a nivel recreativo como de uso y consumo humano Por lo que se debe de seguir monitoreando la presa Valle de Bravo ya que ha sido declarada un lugar donde se praacutectican deportes acuaacuteticos la poblacioacuten se encuentra expuesta a sufrir toxicacioacuten e incluso la muerte al ingerir una concentracioacuten alta de cianotoxinas o bien de bioacumularlas y tener por consecuencia la generacioacuten de canceacuter asiacute como es necesario monitorear la presencia de Microcistina-LR a nivel domiciliario ya que la poblacioacuten de la ciudad de Meacutexico que la recibe de

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la red de distribucioacuten esta en constante contacto con este tipo de toxina y a un futuro muy cercano presentar siacutentomas de enfermedades del hiacutegado o de canceacuter

bull Es necesario seguir realizando estudios con microorganismos capaces

de degradar este tipo de cianotoxinas en Japoacuten Takenaka amp Watanabe (1997) se proboacute que existen Pseudomonas aeruginosa y Sphingomonas que son capaces de degradar la toxina Microcistina-LR a traveacutes de la actividad de proteasa alcalina y pueden abrir el anillo de la moleacutecula generando un compuesto lineal 200 veces menos toacutexico

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54

TABLAS DE RESULTADOS DE CONCENTRACION DE MICROCISTINAS EN VALLE DE BRAVO EN 2001 Y 2002 Tabla 12- MUESTRAS DE MICROCISTINA-LR DE VALLE DE BRAVO DURANTE EL PERIODO DE ENERO A DICIEMBRE DE 2001 MUESTRA FECHA LIOFILIZADO CONCENTRACION VOLUMEN CONCENTRACION Gramos OBTENIDA microgml ml CALCULADA (ppm) Centro 220101 00402 1122 5 1396 140301 00636 0615 5 483 240501 01056 26831 5 1260 210601 01415 71008 5 25091 060701 01632 122768 5 3761 300801 00375 0222 5 296 010901 001999 11745 5 29377 301001 00147 9121 5 31024 281101 00943 022 5 118 Cortina 220101 0051 2 5 1961 140301 01353 1708 5 631 240501 01484 30116 5 17452 210601 ND ND ND ND 060701 01364 4761 5 17452 300801 00141 0818 5 2901 010901 00239 083 5 1736 301001 00161 10464 5 32497 281101 ND 0 ND ND Amanalco 220101 ND 056 ND ND 220101 NE NE NE NE 140301 NE NE NE NE 240501 NE NE NE NE 210601 NE NE NE NE 060701 01452 125164 5 43101 300801 00164 225 5 686 010901 NE NE NE NE 301001 00018 017 5 472 281101 00392 0045 5 631 ND= No Detectado NE= No Evaluado

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Tabla 13--MUESTRAS DE MICROCISTINA-LR DE VALLE DE BRAVO DURANTE EL PERIODO DE ENERO A DICIEMBRE DE 2002 MUESTRA FECHA LIOFILIZADO CONCENTRACION VOLUMEN CONCENTRACION Gramos OBTENIDA microgml ml CALCULADA microgml CENTRO

300102 0364 0054 15 0054 270302 00207 4888 15 3542 260402 00068 0527 15 11625 240502 ND ND 15 ND 280602 00237 0422 15 2671 260702 00089 3631 5 203989 300802 00116 ND 5 0 270902 00105 ND 5 0 291002 00089 ND 5 0 031202 00023 ND 5 0

CORTINA

300102 00286 0174 5 304 270302 NE NE NE NE

260402 00338 2744 15 12178 240502 0029 0369 15 1909 280602 00296 ND 15 0 260702 00386 17194 5 22272 300802 00373 1401 5 1878 270902 00066 ND 5 0 291002 0012 ND 5 0 031202 00106 ND 5 0

AMANALCO

300102 00655 0353 15 808 270302 11214 2768 15 37 260402 00562 5444 5 4843 240502 00168 ND 15 ND 280602 00387 ND 15 ND 260702 00206 89321 5 21680 300802 00148 ND 5 ND 270902 00145 ND 5 ND 291002 00141 ND 5 ND 031202 00116 ND 5 ND

ND=No Detectado NE= No Examinado

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Tabla 14-CONCENTRACION DE MC-LR EN LA ESTACIOacuteN CORTINA DURANTE LOS ANtildeOS 2001 Y 2002 MESES DEL Concentracioacuten Concentracioacuten ANtildeO (microgml) antildeo 2001 (microgml) antildeo 2002 ENERO 1961 304 MARZO 631 NE ABRIL NE 12178 MAYO 17452 1909 JUNIO NE ND JULIO 17452 22272 AGOSTO 2901 1878 SEPTIEMBRE 1736 ND OCTUBRE 32497 ND ND=No Detectado NE= No Examinado

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1- COLECTA DE LA MUESTRA

Se colectaron muestras de Valle de Bravo con una red fitoplanctonica realizando una concentracioacuten de fitoplancton mediante el arrastre de una red de 70 micras durante seis minutos a una velocidad aproximada de 5 Kmh Se dejo drenar la mayor cantidad de agua posible haciendo lavados internos de la red con agua destilada El volumen obtenido se transfirioacute a un contenedor de 125 ml y se transportoacute en bantildeo de hielo hasta el laboratorio Microcystina-LR fue aislada de muestras simples de florecimientos de Valle de Bravo Meacutexico usando un meacutetodo descrito por Harada (1990) Figura 20-Arrastre con red fitoplanctonica Figura 21- Concentracioacuten de de 70 microm Cianobacterias

Figura 22-Obtencioacuten de la muestra los voluacutemenes de muestra variaron para la concentracioacuten y purificacioacuten de la toxina fueron de 20 litros

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2- AISLAMIENTO DE Microcystis aeruginosa La muestra se tamizoacute en un juego de 3 mallas (200 100 y 50 micras) El material retenido en la malla de 50 micras se centriacutefugo a 5000 rpm durante 5 minutos a una temperatura de 10degC posteriormente se eliminoacute el sobrenadante y el sedimento se colocoacute en tubos de ensaye de 20 x 150 mm Este material liofilizado para las pruebas de aislamiento y crecimiento se resuspendioacute en dos medios diferentes medio de cultivo preparado en el laboratorio y medio de cultivo comercial (Cianobacteria BG-11 Freshwater solution 50X marca Sigma lote 73K2403) De la muestra liofilizada se pesaron 00023 gramos y se suspendieron en un matraz con 250 ml de medio de cultivo para el crecimiento selectivo de cianobacterias preparado en el laboratorio y en el medio BG11 de marca La muestra se incubo a una temperatura de 32 degC con iluminacioacuten constante utilizando una lampara con las siguientes caracteriacutesticas Marca OSRAM Modelo AD22 Clave 84036 FP 05 Voltios 127 plusmn 10 Hz 60 Consumo 24 W Foco 1x22 circular Se realizoacute un seguimiento visual durante 30 diacuteas para determinacioacuten del crecimiento de colonias verde-azules caracteriacutestico de cianobacterias En este momento se determinaron microscoacutepicamente estructuras semejantes a conglomerados caracteriacutesticos de Microcystis aeruginosa Se aisloacute un conjunto de estas ceacutelulas y se resembroacute en 250 ml de medio comercial especial para cianobacteria BG11 El crecimiento de Microcystis aeruginosa es muy lento de aproximadamente 3 meses

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3-CULTIVO DE Microcystis aeruginosa a) MEDIO DE CULTIVO BG11 (1 litro) SIN NITROGENO Concentrado BG11 (x100) 10 ml K2HPO4 3H2O (1M) 02ml H2O destilada hasta 1 litro CONCENTRADO BG11 (X100) MgSO4 7H2O 75g CaCl 2H2O 36g Acido Ciacutetrico 06g Citrato feacuterrico-amoacutenico 06g EDTA-Na2 0093g NA2CO3 2g H3BO3 286mg MnCl2 4H2O 181mg ZnSO4 7H2O 288mg Na2MoO42H2O 39mg CuSO4 5H2O 79mg CoCl2 6H2O 494mg H2O destilada aforar a 1 litro

Autoclavar y guardar a 4degC b)-COMPOSICIOacuteN DEL MEDIO DE CULTIVO BG11 DE MARCA (Cianobacteria BG-11 Freshwater solution 50X marca Sigma lote 73K2403) NA2CO3 02m molar MgSO4 03 m molar CaCl2 024m molar K2HPO4 02m molar Aacutecido ciacutetrico 285 micro molar Citrato feacuterrico-amoacutenico(17 Fe) 6 mg l-1 Na2-EDTA 24 micro molar H3BO3 46 micro molar MnCl2 91 micro molar Na2MoO4 16 micro molar ZnSO4 08 micro molar CuSO4 03 micro molar CoCl2 02 micro molar NaNO3 176 m molar El medio se prepara a partir de un concentrado 100x que carece del K2HPO4 y de la fuente de nitroacutegeno los cuales se antildeaden antes de esterilizar en el autoclave A continuacioacuten en la tabla 12 se muestran los diferentes medios de cultivo de cianobacterias que se han propuesto a lo largo del tiempo

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Tabla 15- Diferentes Medios de cultivo utilizados en varios antildeos por diferentes autores

Constituyentes CianobacteriasMedio BG11 Bittencourt-Oliveira 2000

Medio BG11 Liacutequido Rippka 1991

Microalgas clorofitas u otras Medio MC2 pH74 Guillard amp Lorenze 1972 (modificaciones Bittencourt-Oliveira 1996)

Cianobacterias Medio MLA PH78-80 Bolch ampBlackbura 1996 con modificaciones

Cianobacterias Medio ASM-1 pH 74 Gorham etal 1964 modificado Reynolds amp Jaworski 1978

Concentracioacuten gL

Concentracioacuten Vol (mlL) (mgL)

Concentracioacuten (gml)

Vol (mlL) Concentracioacuten g100ml

Vol (mlL)

NaNO3 15 176mM 8501 05 68 25 0850 20KH2PO4 3H2O 004 02mM 871 (no

hidratado) 05 1392 25 0870 2

MgSO4 7H2O 0075 03mM 3697 1 196 25 0245 20CaCl2 2H2O 0036 024mM 3676 1 294 1 0145 20Ac ciacutetrico 0006 285 microM - - 158 1 - -Fe Cl3 6 H2O 0006 - 315 - - - 1080 01EDTA 0001 Na2EDTA 24microM Na2EDTA

436 - Na2EDTA

456 1 Na2EDTA

1860 04

Na2CO3 002 02mM - - - - - -

Micronutrientes

(X1000)(gL)

H3BO3 286 46microM 1 - 0096 25 2480 01MnCl2 4H2O 181 91 microM 018 - 036 1 1390 01ZnSO47H2O 0222 08microM 0022 - 0022 1 - -Na2MoO4 2H2O 039 16microM 00006 - 0006 1 - -CuSO45H2O 0079 03 microM 001 - 001 1 - -Co(NO3)2 6H2O 00494 - - - - - - -CoCl2 - 02microM 001 - (6H2O) 001 1 (2H2O) 00019 NaHCO3 - - 126 1 12 1 - -Na2SO3 - - - - 126 1 - -MgCl2 6H2O - - - - - - 0205 20NaHPO4 12 H2O - - - - - - 1780 2ZnCl2 - - - - - - 0335 01CuCl2 2H2O - - - - - - 00014 01 Vitaminas 1 B12 - - 005 gL - 500 microgL 1 - -Biotina - - 005gL - 500microgL 1 - -Tiamina - - 01 - (HCl) 100microgL 1 - -

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4- CULTIVO DE LA CEPA DE Microcystis aeruginosa El medio de cultivo de marca Cianobacteria BG-11 Freshwater solution 50X marca Sigma lote 73K2403 se preparoacute adicionando 20 ml de medio por un litro de agua esteacuteril se pesoacute 00016g del liofilizado obtenido de Valle de Bravo antes mencionado y se suspendioacute en el medio posteriormente se coloco en una incubadora a 32 degC con iluminacioacuten constante A los 60 diacuteas de incubacioacuten se observoacute la formacioacuten conglomerados de color verde-azules adheridos a las paredes del matraz caracteriacutestico de cianobacterias Se observoacute al microscopio en el cual se detectaron estructuras en forma redondas independientes y conglomeradas por un muciacutelago El crecimiento en este medio fue maacutes raacutepido y abundante que en el medio preparado en el laboratorio se procedioacute a concentrar la mayor cantidad de ceacutelulas se llevoacute acabo el rompimiento de las mismas y la concentracioacuten de la toxina para posteriormente realizar el anaacutelisis en HPLC No se detectoacute la toxina Microcistina-LR en HPLC debido posiblemente a las condiciones a las que fueron sometidas (libre de depredadores) Debido a esta situacioacuten se decidioacute tomar muestra directa del cuerpo de agua (Presa Valle de Bravo) la mayor concentracioacuten de Microcistina-LR detectada por HLPC en antildeos anteriores (2001) fue en la estacioacuten Cortina por lo que se tomoacute una cantidad de 5 litros de agua y se filtraron a traveacutes de una red fitoplactonica de 70 micras fueron llevadas al laboratorio almacenadas en envases de 1 litro y congeladas a -20ordmC Despueacutes se realizoacute la concentracioacuten de la toxina

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Tabla 16-DEGRADACION DE MC-LR POR EXPOSICION A LUZ ULTRAVIOLETA A 365nm

TIEMPO Experimento 1 Experimento 2 Experimento 3 (minutos) microgml microgml microgml

0 7329 779 7367 15 7494 887 825 30 6926 7601 7368 45 8652 7577 6808 60 7204 6353 6946 75 8517 6289 7805 90 8401 7087 7053

105 8297 7107 6758 120 8556 626 7697 135 7332 682 685 150 7905 6853 7476

Tabla 17- RESULTADOS DE LA PRUEBA DE FENTON CON DIFERENTES CONCENTRACIONES

Tiempo (min) 05mM Peumlroacutexido 05mM Peumlroacutexido 5mM Peumlroacutexido 025mM Fe 05mM Fe 25mM Fe MC-LR (microgml) MC-LR (microgml) MC-LR (microgml) 0 4937 5061 1986

15 5434 NE NE 30 4662 3685 NE 45 5518 NE NE 60 5553 3853 1411 75 5346 NE NE 90 4578 4065 NE 120 5303 4412 1915 150 5161 5608 NE 180 5237 5565 1564 210 532 5479 NE 240 4578 5734 1592 270 532 5768 NE 300 5411 5742 165 330 5335 5718 NE 360 5367 5778 2228 390 5396 5451 NE 420 5153 5416 1101 450 465 5395 NE 480 5698 5574 NE 510 58 5649 NE 540 5971 5495 NE 570 5302 532 NE 600 5255 5309 NE 630 NE 5325 NE

NE= No Examinado

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AGRADECIMIENTOS Agradezco al Instituto Mexicano de Tecnologiacutea del Agua por el apoyo brindado a la realizacioacuten de esta tesis asiacute como a la Coordinacioacuten y Subcoordinacioacuten de Calidad del Agua En especial a los que colaboran en esta Subcoordinacioacuten por brindarme todo su apoyo MC Juan Garciacutea Biol Lorena Castillo Q Manuel Saacutenchez MC Juana E Corteacutes Biol Javier Saacutenchez Q Filis Moreno Srita Clotilde Peacuterez QSixto Peacuterez MC Victor Ramiacuterez MC Luis Bravo Biol Martha Millaacuten MC Silvia Gelover IQ Rosario Figueroa MC Martha Aviles A la FES Iztacala por toda su colaboracioacuten en los muestreos e identificacioacuten de los microorganismos en especial al Dr Pedro Ramiacuterez y a la Biol Dolores Hurtado A CONACYT por otorgarme la beca para lograr realizar este trabajo En especial al MC Evaristo Martiacutenez Romero por compartir sus conocimientos y experiencias por todo su apoyo incodicional su tiempo y su paciencia al dirigir este trabajo iexclMuchas Gracias por ser un excelente ser humano por su carintildeo y sobre todo por su amistad y la de su familia A la Dra Gabriella Moeller Chaveacutez por su confianza y apoyo al asesorar este trabajo A mis revisores de tesis por todo su apoyo para la culminacioacuten de este trabajo por su paciencia en la revisioacuten y sus acertados comentarios a este trabajo MC Catalina Maya Rendoacuten MC Isaura Yantildeez Noguez Dr Erick R Bandala Gonzaacutelez Dr Victor Manuel Luna Pabello













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H

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O

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H3C

H

HN

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H

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H

H

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H

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HN


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H

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HN

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H

COOH

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H

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H

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H

O H

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H2N

23



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The toxins 1997


29



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UVO3


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HO+ + Fe 2+ (2) HO + Fe2+ HO- + Fe 3+ (3) HO2


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l-02

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oacuten (micro

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0500

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9

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The toxins 1997


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UVO3


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S

S S

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R


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HN

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H2N

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The toxins 1997


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UVO3


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The toxins 1997


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UVO3


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The toxins 1997


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The toxins 1997


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The toxins 1997


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UVO3


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CORTINA

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AMANALCO



56


57

58




59


60



61











Vol (mlL)


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436 - Na2EDTA

456 1 Na2EDTA

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Micronutrientes

(X1000)(gL)


62


63

64



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NE= No Examinado

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66



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70



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4




5



6






(2)


(3)



7




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9



10



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17



18





19



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22



HN

6

NH

Y

O H COOH

Leu

Arg

16

H

87 5

4 3

2 O1

H COOH

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O

NHH

H3C O

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Mdha

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H

H H

HH CH3

H

H C 3

17

X

S

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12

13

14

15

9

H3C

19 18

R

O

N

R2

R

H N

HR1

R S

S

S S

10

11


R


D-Glu



CH3

NH

N

o

H

H

O

H3C

N

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H3C

H

HN

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H

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NH

CH3

H

H

H

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H

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O

HN


NH

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O

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N

O

O

CH2

CH3

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CH3

HN

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NH

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H

COOH

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H

CH3 H

HH

H

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H

O H

H NH

H2N

23



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The toxins 1997


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UVO3


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HO+ + Fe 2+ (2) HO + Fe2+ HO- + Fe 3+ (3) HO2


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0

1000

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5000

Ene-01

Feb-01

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1Ju

l-01

Ago-01

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l)



39



0500

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Ene-02

Feb-02

Mar-02

Abr-02

May-02

Jun-0

2Ju

l-02

Ago-02

Sep-02

Oct-02

Nov-02

Dic-02

Con

cent

raci

oacuten (micro

gm

l)






0500

100015002000250030003500

ENERO

MARZOABRIL

MAYOJU

NIOJU

LIO

AGOSTOSEPT

OCTUBRE

MESES

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entra

cioacuten

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ml)



40




41




6

7

8

9

10

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Tiempo (minutos)

Con

cent

raci

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l



42


0

2

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Microcistina-LR


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43




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115

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335

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775

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(microg

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44



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005

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225

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Co


47







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Co

0


48




(min)





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HN

6

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H

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S

S S

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R


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H2N

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The toxins 1997


29



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UVO3


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Feb-02

Mar-02

Abr-02

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Ago-02

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Microcistina-LR


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AMANALCO



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Vol (mlL)


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MECANISMOS FISICO- QUIMICOS DE LA DEGRADACIÓN DE LA …