Ціанотоксин

Ціанотоксини — тип токсинів, які виробляють бактерії, що називаються ціанобактеріями (також відомі як синьо-зелені водорості). Ціанобактерії зустрічаються майже всюди в природі, зокрема у озерах і океанах, де через високу концентрацію фосфору, вони починають експоненційне розмноження, що призводить до цвітіння. Цвітіння ціанобактерій може утворювати таку концентрацію ціанотоксинів, що вони стають отруйними або навіть смертельними для тварин і людей. Ціанотоксини також можуть накопичуватися у інших тваринах, наприклад у рибі і молюсках, і спричиняють отруєння через їх вживання.

Зелена піна утворена вмістом у воді ціанобактерії, що вимита на каміння в Каліфорнії під час цвітіння водоростей

Серед ціанотоксинів є представники найбільш отруйних природних відомих речовин, до яких відносяться і такі, що можуть призвести до швидкої миттєвої смерті через дихальну недостатність.[1] Токсини включать сильнодіючі нейротоксини, гепатотоксини, цитотоксини, і ендотоксини. Незважаючи на подібність назви, вони не є ціанідами. Рекреаційний відпочинок в зонах цвітіння ціанобактерій може призвести до симптомів порушення роботи кишково-шлункового тракту і сінної лихоманки або до висипань на шкірі та сверблячки.[2] Вплив ціанобактеріального нейротоксину BMAA може призвести до появи нейродегенеративних захворювань таких як бічний аміотрофічний склероз, Хвороба Паркінсона і Хвороба Альцгеймера.[3] Існують тенденції у можливому військовому застосуванні біологічних нейротоксинів, таких як ціанотоксини, що "набувають все більшого значення як потенційний кандидат на роль хімічного озброєння."[4]

Перша опублікована доповідь про те, що синьо-зелені водорості або ціанобактерії можуть призводити до летальних ефектів з'явилася в журналі Nature в 1878. Джордж Френсіс описав цвітіння водоростей, які він зустрів і спостерігав в лимані річки Муррей в Австралії, як "товсту піну подібну до зеленої олійної фарби, товщиною від двох до шести дюймів." Дикі тварини, які пили воду з річки помирали швидкою і жахливою смертю.[5] Найбільша кількість повідомлень про випадки отруєння що призвели токсичні мікроорганізми траплялися у прісноводних середовищах, і вони стають все більш частими і поширеними. Наприклад, сотні качок і гусей загинули від пиття забрудненої води на середньому заході США.[6] В 2010, вперше було повідомлено про смерть морських ссавців від споживання ціанотоксинів.[7]

Ціанобактерії

Ціанотоксини утворюють ціанобактерії, це тип бактерій, що отримують свою енергію через фотосинтез. Префікс ціано походить від грецького слова κύανoς що означає "блакитно-зелену речовину",[8] і як правило описує кольори у синьо/зеленому діапазоні спектра. Ціанобактерію часто називають синьо-зеленими водоростями. Традиційно їх вважали різновидом водоростей, і саме так їх описували у старих підручниках. Однак сучасні підручники розглядають цю класифікацією застарілою;[9] тепер вважають, що вони в більшій мірі відносяться до бактерій,[10] а термін водорості обмежується до організмів еукаріот.[11] Як і справжні водорості, ціанобактерії є фотосинтезуючими і містять фотосинтезуючі пігменти, саме тому вони як правило сині або зелені.

Ціанобактерії зустрічаються майже скрізь; в океанах, озерах і річках, а також на суші. Вони процвітають в арктичних і антарктичних озерах,[12] hotsprings[13] і стічних водах очисних заводів.[14] Вони навіть заселяють хутро білих ведмедів, тому вони часто мать зеленуватий відтінок.[15] Ціанобактерії виробляють сильні токсини, але вони також виробляють корисні біоактивні сполуки, включаючи речовини із протипухлинною, противірусною, протибіотичною і протигрибковою дією, УФ-захисні засоби та специфічні інгібітори ферментів.[16][17]

Шкідливі цвітіння водоростей
Докладніше: Цвітіння вод, Червоний приплив і Евтрофікація
Густе цвітіння ціанобактерій в лимані річки Потомак. Ці цвітіння можуть бути токсичними.

Ціанотоксини часто супроводжуються тим, що в загальному вжитку називають червоними приливами або шкідливими цвітіннями водоростей. Озера і океани містять багато одноклітинних організмів, які називають Фітопланктон. При певних умовах, зокрема при високій концентрації поживних речовин, ці організми починають експоненційно розмножуватися. Щільний рой фітопланктона утворений в результаті цього називають цвітінням вод; вони можуть охоплювати сотні кілометрів і їх легко можна побачити на супутникових знімках. Індивідуальний фітопланктон рідко проживає довше ніж декілька днів, але цвітіння можуть тривати тижнями.[18][19]

Як правило, ці цвітіння нешкідливі, але якщо це не так їх називають шкідливим цвітінням водоростей. Вони можуть містити токсини або патогени, які призводять до замору риби а також можуть бути фатальними для людей.[19] В морському середовищі, шкідливі цвітіння водоростей як правило спричиняються динофлангелятами,[20] хоча види інших таксонів водоростей також можуть спричинити шкідливі цвітіння (діатомові водорості, flagellate, гаптофітові водорості і рафідофітові водорості).[21] Морські види динофлагелятів часто токсичні, в той час про прісноводні види не відомо випадків токсичності. Відомо, що жодний представник діатомів не є отруйним, принаймні для людей.[22]

У прісноводних екосистемах, цвітіння водоростей часто є наслідком високого вмісту поживних речовин (евтрофікації). Цвітіння можуть виглядати як піна, настил чи як олійна фарба, що плаває на поверхні води, але вони не завжди видимі. також цвітіння не завжди зелені, вони можуть бути сині, а деякі ціанобактерії мають червоно-коричнюватий колір. Вода може мати поганий запах, коли ціанобактерії, що квітнуть, помирають.[19]

Густі цвітіння ціанобактерій обмежують видимість у воді до одного або двох сантиметрів. Ті види, які не покладаються на зір (такі як самі ціанобактерії) виживають, але ті види, що повинні бачити для пошуку їжу чи партнерів опиняються під загрозою. Протягом дня ціанобактерії насичують воду киснем. Вночі, дихання водних можуть виснажити кисень до рівня що є чутливим для життя, так що певні види риб гинуть. Це як правило трапляється біля морського дна чи термоклину. Протягом доби під час цвітіння також змінюється кислотність води, рівень pH може сягати 9 або більше під час дня і спускатися до малих значень вночі, ще більше приводячи до стресу екосистему. Крім того, багато видів ціанобактерій продукують сильні ціанотоксини, які під час цвітіння набувають таких рівнів концентрації, що стають летальними для сусідніх водних організмів і для будь-яких інших тварин які напряму контактують із водоростями, включаючи птахів, домашніх тварин і іноді навіть людей.[22]

Хімічна структура

Ціанотоксини як правило вражають нервову систему (нейротоксини), печінку (гепатотоксини) або шкіру (дерматоксини).[17] Хімічна структура ціанотоксинів поділяється на три великі групи: циклічні пептиди, алкалоїди і ліпополісахариди (ендотоксини).[23]

Хімічна структура ціанотоксинів[23]
Структура Ціанотоксин Орган який уражує у ссавців Рід ціанобактерій
Циклічні пептиди Мікроцистини Печінка Microcystis, Анабена, Планктотрікс (Осциллаторія), Носток, Hapalosiphon, Анабенопсіс
Нодулярин Печінка Нодулярія
Алкалоїди Анатоксин-a Нервовий синапс Анабена, Planktothrix (Осциллаторія), Aphanizomenon
Анатоксин-a(S) Нервовий синапс Анабена
Cylindrospermopsins Печінка Cylindrospermopsis, Aphanizomenon, Umezakia
Lyngbyatoxin-a Шкіра, шлунково-кишковий тракт Lyngbya
Сакситоксин Нервовий синапс Анабена, Aphanizomenon, Lyngbya, Cylindrospermopsis
Ліпополісахариди Потенційний подразник; впливає на будь-яку незахищену тканину Всі
Полікетиди Aplysiatoxins Шкіра Lyngbya, Schizothrix, Planktothrix (Осциллаторія)
Амінокислоти BMAA Нервова система Всі

Більшість ціанотоксинів мають декілька варіантів (аналогів). Станом на 1999, більше ніж 84 ціанотоксинів загалом було відомо і лише невелика кількість була добре вивчена.[17]

Див також

Примітки
  1. Cyanobacterial poisoning in livestock, wild mammals and birds – an overview. Cyanobacterial Harmful Algal Blooms: State of the Science and Research Needs. Advances in Experimental Medicine and Biology 619. 2008. с. 613–637. ISBN 978-0-387-75864-0. PMID 18461786. doi:10.1007/978-0-387-75865-7_28. Проігноровано невідомий параметр |vauthors= (довідка)
  2. Recreational and occupational field exposure to freshwater cyanobacteria – a review of anecdotal and case reports, epidemiological studies and the challenges for epidemiologic assessment. Environmental Health 5 (1): 6. 2006. PMC 1513208. PMID 16563159. doi:10.1186/1476-069X-5-6. Проігноровано невідомий параметр |vauthors= (довідка)
  3. Holtcamp, W. (2012). The emerging science of BMAA: do cyanobacteria contribute to neurodegenerative disease?. Environmental Health Perspectives 120 (3): a110–a116. PMC 3295368. PMID 22382274. doi:10.1289/ehp.120-a110.
  4. Military potential of biological neurotoxins. Toxin Reviews 24 (2): 175–207. 2005. doi:10.1081/TXR-200057850. Проігноровано невідомий параметр |vauthors= (довідка)
  5. Francis G (1878). Poisonous Australian Lake. Nature 18 (444): 11–12. Bibcode:1878Natur..18...11F. doi:10.1038/018011d0.
  6. Anatoxin Neil Edwards, University of Sussex at Brighton. Updated 1 September 1999. Retrieved 19 January 2011.
  8. κύανος, Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, on Perseus
  9. Nabors, Murray W. (2004). Introduction to Botany. San Francisco, CA: Pearson Education, Inc. ISBN 978-0-8053-4416-5.
  10. Ed. Guiry, M.D., John, D.M., Rindi, F and McCarthy, T.K. 2007. New Survey of Clare Island Volume 6: The Freshwater and Terrestrial Algae. Royal Irish Academy. ISBN 978-1-904890-31-7
  11. «Algae». The Concise Dictionary of Botany. Oxford: Oxford University Press. 1992.
  12. Skulberg OM (1996) "Terrestrial and limnic algae and cyanobacteria". In: A Catalogue of Svalvard Plants, Fungi, Algae and Cyanobacteria, Part 9, A Elvebakk and P Prestud (eds.) Norsk Polarinstitutt Skrifter, 198: 383-395.
  13. Castenholz RA (1973) "Ecology of blue-green algae in hotsprings". In: The Biology of Blue-green algae. NG Carr and BA Whitton (eds), pp. 379-414. Blackwell Scientific Publications, Oxford.
  14. Cyanobacteria diversity and toxicity in a Wastewater Treatment Plant (Portugal). Water Research 35 (5): 1354–1357. 2001. PMID 11268858. doi:10.1016/S0043-1354(00)00512-1. Проігноровано невідомий параметр |vauthors= (довідка)
  15. Gerald Karp (19 жовтня 2009). Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments. John Wiley and Sons. с. 14–. ISBN 978-0-470-48337-4. Процитовано 26 січня 2011.
  16. Herrero A and Flores E (editor). (2008). The Cyanobacteria: Molecular Biology, Genomics and Evolution. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-15-8.
  17. Sivonen K and Jones G (1999) "Cyanobacterial Toxins" Архівовано 2007-01-24 у Wayback Machine. In Toxic Cyanobacteria in Water. Chorus I and Bartram J (eds): 41-111. WHO, Geneva. ISBN 0419239308.
  18. Lindsey R and Scott M (2010) What are phytoplankton NASA Earth Observatory.
  19. Harmful algal blooms event response Архівовано 4 березня 2016 у Wayback Machine. NOAA, Center of Excellence for Great Lakes and Human Health. Accessed 6 August 2014.
  20. Stewart I and Falconer IR (2008) "Cyanobacteria and cyanobacterial toxins" Pages 271–296 in Oceans and human health: risks and remedies from the seas, Eds: Walsh PJ, Smith SL and Fleming LE. Academic Press, ISBN 0-12-372584-4.
  21. Moestrup Ø, Akselman R, Cronberg G, Elbraechter M, Fraga S, Halim Y, Hansen G, Hoppenrath M, Larsen J, Lundholm N, Nguyen LN and Zingone A. "IOC-UNESCO Taxonomic Reference List of Harmful Micro Algae (HABs)" Accessed 21 January 2011.
  22. Vasconcelos V (2006). Eutrophication, toxic cyanobacteria and cyanotoxins: when ecosystems cry for help. Limnetica 25 (1–2): 425–432. Архів оригіналу за 23 липня 2011. Процитовано 25 червня 2019.
  23. Ingrid Chorus; Jamie Bartram (11 лютого 1999). Toxic Cyanobacteria in Water: A Guide to their Public Health Consequences, Monitoring and Management. Limnology and Oceanography 45 (5) (Taylor & Francis). с. 1212. Bibcode:2000LimOc..45.1212C. ISBN 978-0-419-23930-7. doi:10.4319/lo.2000.45.5.1212.

Посилання
  • Cyanosite - A Webserver for Cyanobacterial Research, Purdue University.
  • Dangers of toxic algae Environment Canterbury Updated 31 October 2009. Retrieved 23 January 2011.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.