Las huellas genómicas de los lagos urbanos.

Detección de cianotoxinas y patógenos mediante ADN ambiental

MÁS QUE PAISAJE
Aprimera vista, un lago urbano puede percibirse como un espacio de esparcimiento, compuesto por un cuerpo de agua rodeado de flora y fauna. No obstante, bajo esta apariencia se desarrolla una intensa actividad biológica que contiene información crucial sobre la salud del ecosistema y, en muchos casos, sobre la salud de las poblaciones humanas que interactúan con él. En los últimos años, la investigación científica ha avanzado en la interpretación de estas señales ocultas mediante el análisis de rastros genéticos.

Los lagos son elementos fundamentales de los socioecosistemas. Son paisajes emblemáticos de entornos urbanos y funcionan como espacios recreativos, pero además proporcionan servicios ecosistémicos que inciden directamente en el bienestar humano, como regulación climática, mitigación de inundaciones y provisión de hábitat y soporte para la biodiversidad. No obstante, el proceso de urbanización ha ejercido numerosas presiones sobre estos cuerpos de agua que se manifiestan principalmente en la contaminación por escorrentía urbana (corriente de agua procedente de lluvias o deshielo y que discurre por la superficie de un terreno o por debajo de ella) en el exceso de nutrientes y en las descargas de aguas residuales, factores que promueven procesos de eutrofización (un exceso de nutrientes que rompe el equilibrio de los ecosistemas acuáticos) por los que se deteriora la integridad ecológica y se modifica la composición de especies presentes en estos sistemas.

Una de las consecuencias más relevantes de este deterioro es la proliferación de cianobacterias capaces de formar florecimientos algales nocivos (CianoFANs) (Zamora-Barrios, Nandini & Sarma, 2023). Diversos factores ambientales, como temperatura, radiación solar, estancamiento del agua y la relación nitrógeno-fósforo (N:P), influyen de manera significativa en la intensidad y duración de estos eventos (Villalobos, Suárez-Isla & García, 2025). Las cianobacterias constituyen un grupo de microorganismos fotosintéticos presentes en ambientes acuáticos y terrestres, que cumplen una función ecológica fundamental al contribuir a la producción primaria global, a la generación de oxígeno y a la fijación de nitrógeno atmosférico, promoviendo así el ciclo de nutrientes y la productividad de los ecosistemas.

CianoFANs en un lago urbano.
 César Alejandro Zamora-Barrios

CIANOFANS EN LAGOS URBANOS
Los géneros de cianobacterias más comunes en lagos, ríos, estuarios y embalses son Microcystis, Planktothrix, Aphanizomenon, Anabaenopsis, Raphidiopsis y Dolichospermum. Se calcula que más de la mitad de los géneros que causan estos florecimientos incluyen especies capaces de producir una o más cianotoxinas. Estos compuestos químicos representan un riesgo importante para los ecosistemas acuáticos y para la salud humana. Las microcistinas se encuentran entre las cianotoxinas más estudiadas y afectan principalmente al hígado; interfieren con procesos celulares normales, provocan daños hepáticos y renales y contribuyen al desarrollo de tumores. Otras toxinas, como las anatoxinas y las saxitoxinas, afectan al sistema nervioso al alterar la transmisión de señales entre neuronas y músculos, lo que puede causar pérdida de coordinación, parálisis e insuficiencia respiratoria. Además se ha documentado la producción de BMAA, un aminoácido no proteico vinculado con enfermedades neurodegenerativas, así como de lipopolisacáridos (LPS), que son responsables de irritaciones cutáneas, fiebre y malestar gastrointestinal (Huisman et al., 2018).
 

Algae Microcystis.
 NOAA Great Lakes Environmental Research Laboratory, 2013

Aphanizomenon.
 Natural Waterscapes

MONITOREAR CIANOBACTERIAS
En diversas regiones del mundo las poblaciones de cianobacterias son monitoreadas de manera continua para prevenir los efectos adversos asociados a las toxinas que producen. Sin embargo, una de las principales dificultades en el monitoreo de este grupo radica en que, al ser organismos microscópicos, su identificación requiere equipo especializado y un alto nivel de experiencia para diferenciar las distintas especies. Además, la identificación taxonómica de las cianobacterias se complica aún más debido a su plasticidad morfológica y a la gran diversidad presente en el grupo, por lo que los métodos tradicionales basados en microscopía suelen presentar limitaciones para distinguir las especies con precisión. Así, las herramientas genómicas aportan una clasificación y seguimiento más precisos (Bohmann et al., 2014 & Cruz-Cano et al. 2024).

Dolichospermum.
 Masa Zupancic, 2019

Planktothrix agardhii.
 FWC Research, 2011

LA INCORPORACIÓN DEL ANÁLISIS DE EDNA EN LA VIGILANCIA DE CIANOTOXINAS PUEDE MEJORAR LA CAPACIDAD DE ALERTA TEMPRANA AL IDENTIFICAR LA PRESENCIA DE CIANOBACTERIAS PRODUCTORAS DE TOXINAS ANTES DE QUE SE DESARROLLEN FLORECIMIENTOS ALGALES VISIBLES O DE QUE LAS CONCENTRACIONES DE TOXINAS ALCANCEN NIVELES PELIGROSOS

Las herramientas genómicas, en particular los métodos de secuenciación masiva que se apoyan del enfoque de el ADN ambiental (eDNA por sus siglas en inglés) abren nuevas oportunidades para monitorear y diagnosticar amenazas biológicas en lagos urbanos (Amarasiri et al., 2021, Pawlowski et al., 2021). El eDNA se refiere al material genético liberado al ambiente por los organismos a través de células, heces, secreciones o fragmentos de tejidos y órganos. En sistemas acuáticos este ADN queda suspendido o sedimentado en el agua, lo que permite identificar la presencia de organismos sin necesidad de capturarlos directamente. 

El proceso de análisis de eDNA implica cuatro etapas principales (figura 2):

Figura 2. Diagrama general del proceso de aplicación del marco de ADN ambiental.
 Modificado de Cruz-Cano et al., 2024

1. Toma de muestras con protocolos que evitan contaminación cruzada y aseguran la integridad del material genético. 
2. Extracción de ADN como se hace de manera general. 
3. Amplificación y secuenciación mediante uso de técnicas especializadas y plataformas de secuenciación masiva. 
4. Análisis bioinformático con identificación taxonómica y funcional.

Este tipo de herramientas presenta ventajas claras frente a los métodos tradicionales de monitoreo como microscopía o cultivo, ya que permiten detectar organismos raros o difíciles de observar, ofrecen mayor sensibilidad, reducen costos de muestreo a largo plazo y posibilitan la detección temprana de floraciones tóxicas antes de que los cambios sean visibles (Cruz-Cano et al., 2024). 

La incorporación del análisis de eDNA en la vigilancia de cianotoxinas puede mejorar la capacidad de alerta temprana al identificar la presencia de cianobacterias productoras de toxinas antes de que se desarrollen florecimientos algales visibles o de que las concentraciones de toxinas alcancen niveles peligrosos. Esta detección es crucial para intervenciones oportunas de salud pública, ajustes en el tratamiento del agua y medidas de gestión de ecosistemas. Además, los métodos de eDNA pueden aplicarse en diversos entornos acuáticos, desde lagos y embalses de agua dulce hasta estuarios y zonas costeras, lo que permite una amplia cobertura de monitoreo espacial y temporal (Garner et al., 2021).


EL ENFOQUE INTEGRAL UNA SALUD
El monitoreo de las cianobacterias es esencial en el marco del enfoque Una Salud (One Health, en inglés), promovido por la Organización Mundial de la Salud, que reconoce la interdependencia entre la salud humana, la animal y la ambiental, y que permite comprender, identificar y gestionar la calidad del agua en ambientes urbanos (Figura 3). Por esto, la implementación de sistemas de vigilancia que integren información ambiental, ecológica y sanitaria se vuelve una prioridad (Manganelli, Testai & Codd, 2025).

Figura 3. Integración del monitoreo de cianobacterias en lagos urbanos con el enfoque Una Salud.
 Elaboración propia

Construir un mecanismo de vigilancia eficaz ayudará a detectar tempranamente las floraciones dañinas, a prevenir la exposición a toxinas y a manejar los ecosistemas de forma sostenible. La integración de datos ambientales, monitoreo de salud pública y conocimientos veterinarios garantiza una evaluación integral de riesgos y estrategias de mitigación para proteger a todos los sectores afectados por la proliferación de cianobacterias. 

La integración de la vigilancia basada en eDNA en el marco del enfoque Una Salud, tiene la ventaja de alentar la colaboración multisectorial para abordar desafíos sanitarios complejos. Asimismo, al generar datos precisos sobre la composición de la comunidad de cianobacterias y la presencia de genes de toxinas se proporciona a los funcionarios de salud pública, veterinarios, científicos y gestores ambientales información práctica para coordinar respuestas que aborden estos riesgos complejos en los sistemas socioecológicos.

Entre las aplicaciones de la información generada mediante eDNA en diversas partes del mundo está la orientación a las plantas de tratamiento de agua para ajustar los procesos de filtración y desinfección, proporcionando recomendaciones para limitar la exposición recreativa humana y apoyar la conservación de vida silvestre al identificar hábitats con riesgo de floraciones tóxicas, o el hecho de que los sectores agrícolas se benefician al evitar el riego con agua contaminada, protegiendo la salud de cultivos y ganado. La incorporación del eDNA en programas de monitoreo de cianotoxinas también proporciona información relevante a la investigación ecológica a largo plazo, así como a los estudios sobre cambio climático al identificar los cambios en las poblaciones de cianobacterias y la dinámica de las toxinas a lo largo del tiempo. Esta información es vital para predecir la ocurrencia de floraciones, comprender los factores ambientales y evaluar la eficacia de las estrategias de mitigación.

EL ÉXITO DURADERO DE LA IMPLEMENTACIÓN DE MONITOREOS BASADOS EN eDNA DEPENDE DE FOMENTAR UNA PARTICIPACIÓN ACTIVA A NIVEL COMUNITARIO Y EDUCATIVO

Para aprovechar el potencial del eDNA en la gestión de lagos urbanos, es necesario priorizar enfoques interdisciplinarios como el de Una Salud que impulsen la técnica como pieza clave del monitoreo ambiental y de conservación. Uno de los pilares sobre los que se apoya su éxito está en la integración de avances tecnológicos de última generación que incrementen la sensibilidad, precisión y rapidez de la detección de CianoFANS. Sin embargo, el mero enfoque tecnológico por sí solo no puede sostener este progreso; es indispensable establecer una planificación sólida y asegurar esquemas de financiamiento consistentes que respalden programas de monitoreo a largo plazo.

 Elaboración propia

Estos programas constituyen la base en la generación continua de datos de alta calidad, esenciales para identificar tendencias temporales, detectar señales tempranas de estrés ambiental o la presencia de especies invasoras, y diseñar estrategias de manejo adaptativo acordes con la dinámica cambiante de los ecosistemas acuáticos urbanos.

Asimismo, el éxito de la implementación de monitoreos basados en eDNA depende de fomentar una participación activa a nivel comunitario y educativo. Al involucrar a la comunidad local y académica se promueve una conciencia ambiental más amplia, que profundiza la comprensión pública de los riesgos ecológicos e impulsa un sentido de responsabilidad colectiva y de gestión proactiva.

CianoFANs en lago urbano.
 César Alejandro Zamora-Barrios

---