La desastrosa temporada de cangrejo Dungeness 2015-16, retrasada y acortada por una proliferación sin precedentes de algas tóxicas, es un recuerdo amargo para la industria pesquera de la Costa Oeste. El culpable fue el ácido domoico, una potente neurotoxina producida por algas marinas y descubierta en 1987 como la causa de la intoxicación amnésica por mariscos.
Los científicos de la UC Santa Cruz han logrado un progreso sustancial en la comprensión y la predicción de las condiciones que conducen a grandes floraciones de algas productoras de toxinas (diatomeas llamadas Pseudo-nitzschia). Pero un aspecto de estas floraciones de algas tóxicas, que afectan a la vida silvestre y a las pesquerías económicamente importantes, sigue siendo un misterio: ¿cómo producen las algas ácido domoico y qué desencadena su producción?
Marilou Sison-Mangus, profesora asistente de ciencias oceánicas en UC Santa Cruz, explica que las algas no siempre producen la toxina. «Hay floraciones de Pseudo-nitzschia cada primavera y verano a lo largo de la costa de California, pero la toxicidad varía mucho», dice ella. «Para la industria pesquera, esta toxina puede tener un gran impacto, por lo que queremos comprender los mecanismos detrás de su producción. Es una pregunta de hace 30 años».
Una nueva subvención del Programa de Ecología y Oceanografía de Floraciones de Algas Nocivas (ECOHAB) de la NOAA financiará un proyecto de investigación dirigido por Sison-Mangus para responder a esa pregunta. Sus co-investigadores en este proyecto interdisciplinario incluyen al profesor de química Phil Crews y al estadístico Juhee Lee, profesor asistente de matemáticas aplicadas y estadística. La subvención de la NOAA proporciona $130,000 por año durante tres años, pero solo se garantiza el primer año de financiación. La financiación para los años siguientes depende de la disponibilidad de asignaciones futuras de la NOAA.
El laboratorio de Sison-Mangus en UC Santa Cruz ha estado investigando el papel de las bacterias en la producción de ácido domoico por parte de las algas. Resulta que Pseudo-nitzschia en sí no tiene todos los genes necesarios para sintetizar la toxina.
«Creemos que las bacterias producen uno de los precursores necesarios para la síntesis del ácido domoico», dijo Sison-Mangus. «Si ese es el caso, es posible que podamos usar la presencia de la bacteria como marcador para predecir la toxicidad de las algas».
Experimentos previos de Sison-Mangus y otros han demostrado que los cultivos libres de bacterias de Pseudo-nitzschia no son capaces de producir ácido domoico, mientras que la adición de bacterias a los cultivos restaura la producción de toxinas. Ella descubrió que las bacterias marinas en el filo Bacteroidetes, solas o en combinación con otras bacterias, inducen consistentemente un gran aumento en la producción de ácido domoico en cultivos de tres especies diferentes de Pseudo-nitzschia.
Sison-Mangus también ha monitoreado la proliferación de algas en la Bahía de Monterey y encontró una estrecha correlación entre los niveles de ácido domoico y la presencia de bacterias Bacteroidetes en asociación con Pseudo-nitzschia. Las imágenes del microscopio electrónico muestran las bacterias que viven en la superficie exterior de las células de las algas.
«Sabemos que estas bacterias están asociadas con floraciones tóxicas en el océano, y sabemos que provocan un aumento de la toxicidad en el laboratorio, pero no conocemos los mecanismos de producción de toxinas», dijo Sison-Mangus.
Una parte del nuevo proyecto de investigación se centrará en desentrañar los detalles de cómo interactúan las algas y las bacterias para producir ácido domoico. Otra parte del proyecto utilizará datos de monitoreo de la Bahía de Monterey para evaluar cómo encaja esta interacción en el contexto más amplio de muchos factores físicos y ambientales, como la temperatura del agua y los niveles de nutrientes, que también se sabe que influyen en la proliferación de algas tóxicas.
Clasificar los efectos de múltiples factores, todos variando simultáneamente en un sistema complejo, es un desafío. Pero esta es el área de especialización de Juhee Lee, y ella ha desarrollado un enfoque de modelado estadístico bayesiano que ayudará a los investigadores a comprender cómo interactúan todos estos factores para influir en el desarrollo de una proliferación de algas tóxicas.
Los resultados de esta investigación pueden incorporarse a los modelos predictivos existentes para pronosticar Pseudo-nitzschia floraciones y niveles de ácido domoico, desarrollado en UC Santa Cruz por el profesor de ciencias oceánicas Raphael Kudela y la científica investigadora Clarissa Anderson.
