Las floraciones de cianobacterias han surgido como un problema ambiental en todo el mundo en los últimos 15 años1,2. Las floraciones de cianobacterias se deben al crecimiento excesivo de microorganismos llamados cianobacterias. Son un conspicuo grupo de microorganismos fotosintéticos que se han adaptado para vivir en una gran variedad de ambientes, incluyendo áreas tropicales y aguas extremadamente frías. Son conocidos por producir grandes floraciones que cubren las superficies del agua, especialmente en respuesta a un enriquecimiento masivo de nutrientes, el llamado proceso de eutrofización3.
Por lo tanto, las cianobacterias son excelentes bioindicadoras de la contaminación del agua4,5,6. También pueden producir una amplia gama de compuestos naturales con interesantes propiedades farmacológicas7,8. El problema ambiental relacionado con las cianobacterias son las propias floraciones. Las floraciones pueden bloquear la luz solar a las gramíneas submarinas, consumir oxígeno en el agua provocando la muerte de los peces, producir escoria superficial y olores, e interferir con la alimentación filtrante de los organismos9.
Además, y aún más grave, en una combinación específica de factores como la temperatura, los nutrientes (fósforo y nitrógeno), la luz solar (para la fotosíntesis) y el pH del agua, las floraciones de cianobacterias desencadenan la producción de toxinas; por lo tanto, se vuelven perjudiciales para los seres humanos y los animales. La clase más estudiada de cianotoxinas es la producida por los géneros Microcystis. Se trata de péptidos cíclicos conocidos bajo el nombre general de microcistinas (MCs): siendo la microcistina-LR la más estudiada como capaz de producir hepatotoxicidad severa10. Los animales y los seres humanos pueden estar expuestos a los MCs por la ingestión de agua potable o alimentos contaminados. La Organización Mundial de la Salud (OMS) sugirió un valor total de microcistina-LR de 0,001 mg/L como pauta11. Sin embargo, esto se relaciona solamente con una variante (es decir, MC-LR) fuera de más de 100 microcystins que se han aislado hasta ahora.
Los métodos combinados previamente reportados, como la teledetección con el análisis MALDI-TOF MS12,13,14,15,se han centrado en la detección de concentración de MCs. Los métodos más recientes utilizan sensores de baja resolución que son efectivos para detectar solo amplias extensiones de floración; también son capaces de revelar sólo las toxinas para las que se dispone de normas. Además, la mayoría de estos procedimientos consumen mucho tiempo, y el tiempo es un factor dramático para la detección temprana de la floración para prevenir o minimizar los problemas de seguridad. La estrategia multidisciplinar aquí propuesta proporciona una rápida detección de floración de cianobacterias y cianotoxinas, después de sólo 24 h16.
En el marco del programa denominado MuM3, "Monitoreo Multidisciplinario, Multiescala y Multi-paramétrico en el espacio físico tridimensional (3D)"17,18,una Estrategia de Detección Rápida (FDS) combina las ventajas de varias técnicas: 1) teledetección para detectar la floración; 2) observación microscópica para detectar especies de cianobacterias; y 3) análisis analíticos/bioinformáticos, a saber, redes moleculares basadas en LC-HRMS, para detectar cianotoxinas. Los resultados se obtienen dentro de las 24 h.
El nuevo enfoque es útil para vigilar amplias zonas costeras en poco tiempo, evitando numerosos muestreos y análisis, y reduciendo el tiempo y los costes de detección. Esta estrategia es el resultado del estudio y aplicación de diferentes enfoques para el seguimiento de las cianobacterias y sus toxinas y combina las ventajas de cada una de ellas. En concreto, el análisis de los resultados, procedentes del uso de diferentes plataformas (satélite, aeronaves, drones) y sensores (MODIS, infrarrojo térmico) para el análisis de teledetección, como de diversos enfoques metodológicos para la identificación de especies de cianobacterias (microscopio, espectroscopia UV-Vis, análisis 16S) y toxinas (análisis LC-MS, redes moleculares), permitió seleccionar el método más adecuado tanto para los fines específicos como generales. La nueva metodología fue experimentada y validada en campañas de monitoreo posteriores en las costas de Campania (Italia), en el marco del programa de monitoreo de la agencia de protección ambiental de Campania.

Figura 1:Estrategia FDS. An overview of Fast Detection Strategy for cyanobacteria and cyanotoxins. Haga clic aquí para ver una versión más amplia de esta figura.