Caractérisation biochimique et moléculaire d’efflorescences à cyanobactéries toxiques dans le réservoir Lalla Takerkoust (Maroc) Biochemical and molecular characterization of cyanobacterial blooms in Lalla Takerkoust lake-reservoir (Morocco)

Résumé

En complément aux travaux réalisés depuis 1994 sur la toxicologie des cyanobactéries dans différents lacs-réservoirs du Maroc, le présent travail se propose d'apporter des informations supplémentaires en se fixant trois principaux objectifs: 1) Mise à jour de la base de données de la variation temporelle des teneurs en cyanotoxines intracellulaires (microcystines) d'efflorescences cyanobactériennes fréquemment occasionnés dans le lac réservoir Lalla Takerkoust; 2) Évaluation de la contamination des eaux brutes du lac par les microcystines (MC) (quantification des MC extracellulaires); 3) Caractérisation de la diversité moléculaire des souches cyanobactériennes par la détection des gènes de la synthèse des cyanotoxines (MC) en utilisant les deux méthodes multiplex‑PCR et RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism). L'analyse par HPLC des échantillons 2005 et 2006 d'efflorescences cyanobactériennes a montré qu'il y a une variation qualitative et quantitative des microcystines intracellulaires (MC). L'évaluation des teneurs en MC et dissoutes dans l'eau brute, par ELISA, a révélé des quantités très importantes de MC extracellulaires avec un maximum de 95,4 μg•L^‑1 durant le mois de décembre 2005 (phase de déclin du développement des cyanobactéries). En général, durant l'année, les concentrations des MC dissoutes restent toujours au‑dessus de la valeur guide recommandée par l'OMS pour l'eau de boisson (1 μg•L^‑1). La caractérisation moléculaire, recherche du gène de synthèse des MC, a confirmé que seule Microcystis aeruginosa est la souche productrice des MC au sein de la fraction phytoplanctonique. Ce travail a pour mérite de confirmer pour la première fois au Maroc que, lors de proliférations d'efflorescences cyanobactériennes à Microcystis, les teneurs en MC dans les eaux brutes du lac sont si importantes qu'il est fortement recommandé de prendre en compte les divers risques sanitaires potentiellement engendrés par cette contamination lors de l'utilisation de cette eau (eau d'alimentation sans traitement, eau récréative, eau d'irrigation, etc.). D'après ces résultats, nous concluons que la mise en place d'un programme de surveillance des cyanobactéries et de contrôle des cyanotoxines (MC) doit être basée sur la caractérisation biochimique (détermination de la nature et de la quantité de toxines produites) et complémentée par la caractérisation génétique des souches potentiellement productrices de ces cyanotoxines.

Mots-clés :

• Microcystis aeruginosa,
• microcystines,
• contamination,
• mcyA,
• multiplex-PCR,
• RFLP

Abstract

Complementary to earlier research carried out since 1994 related to toxic cyanobacteria in different Moroccan lake-reservoirs, this work furnishes new data relating to this research topic. Three major objectives were established: 1) update knowledge concerning the temporal variation of the intracellular contents of cyanotoxines (microcystines, MCs) in cyanobacteria blooms, which frequently occur in the Lalla Takerkoust lake-reservoir; 2) evaluate the MC contamination of raw waters (quantification of extracellular MCs); 3) molecular characterization of cyanobacteria MC producing strains (detection of genes involved in MC synthesis using two methods, multiplex-PCR and RFLP (Restriction fragment length polymorphism)). For bloom samples collected during 2005-2006, the HPLC analysis showed quantitative and qualitative temporal variation in intracellular MCs. Evaluation of the extracellular MC content, determined by ELISA analysis, revealed a maximum concentration of 95.4 μg•L^-1 in raw water. This value was measured during December 2005, corresponding to the decline of a Microcystis bloom (cell lysis and MC release into the surrounding water). In general, the dissolved MC concentrations in raw water always remained above the guideline value recommended by the World Health Organization for drinking water (1 μg•L^-1). The genetic analysis, based on the detection of the MC synthetase gene ( mcyA gene), confirmed that among the bloom-forming phytoplanktonic fraction, Microcystis aeruginosa is the only MC producing strain. This work thus confirms for the first time in Morocco that during Microcystis blooms, the MC extracellular content greatly exceeds WHO guidelines. It is strongly recommended that the various potential sanitary risks involved in the use of such untreated water (drinking, recreation and irrigation waters) be taken into account. Based on these results, we conclude that the establishment of any successful monitoring programs for cyanobacteria and MC should be based first on biochemical characterization (identification and determination of the amount of produced toxins) and be supplemented by the genetic characterization of the toxin-producing strains.

Keywords:

• Microcystis aeruginosa,
• microcystins,
• contamination,
• mcyA,
• multiplex-PCR,
• RFLP