Микроцистины

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Озеро Эри в октябре 2011 года, во время интенсивного цветения цианобактерий .[1][2]

Микроцистины — или цианогинозины — представляют собой класс токсинов, вырабатываемых некоторыми пресноводными сине-зелеными водорослями . До настоящего времени было обнаружено более 50 различных микроцистинов, из которых микроцистин-LR[en] является наиболее распространенным. Химически они представляют собой циклические гептапептиды, продуцируемые посредством нерибосомальных пептидных синтетаз.

Во время цветения воды цианобактерии могут продуцировать микроцистины в больших количествах, что представляет серьезную угрозу для питьевого и ирригационного водоснабжения и окружающей среды в целом.[3][4]

Характеристики[править | править код]

Химическая структура микроцистина-LR

Микроцистины — или цианогинозины — представляют собой класс токсинов[5] вырабатываемых некоторыми пресноводными цианобактериями; в первую очередь Microcystis aeruginosa, но также и другими видами рода Microcystis, а также представителями родов Planktothrix, Anabaena, Oscillatoria и Nostoc . К настоящему времени было обнаружено более 50 различных микроцистинов, из которых микроцистин-LR является наиболее распространенным. Химически они представляют собой циклические гептапептиды, продуцируемые посредством нерибосомальных пептидных синтетаз.[6]

Микроцистин-LR является наиболее токсичной формой из более чем 80 известных ядовитых вариантов, а также наиболее изученной химиками, фармакологами, биологами и экологами. Содержащее микроцистин «цветение» является проблемой во всем мире, включая Китай, Бразилию, Австралию, Южную Африку,[7][8][9][10][11][12][13] Соединенные Штаты и многие страны Европы. Дамба Hartebeespoort в Южной Африке является одним из наиболее загрязненных участков на Африканском континенте и, возможно, в мире.

Микроцистины содержат несколько необычных непротеиногенных аминокислот, таких как производные дегидроаланина и редкую ADDA β-аминокислоту. Микроцистины ковалентно связываются и ингибируют протеинфосфатазы PP1 и PP2A и, таким образом, могут вызывать панстеатит .[14]

Образование[править | править код]

Культура М. aeruginosa, фотосинтезирующая бактерия

Microcystis — это продуцирующий микроцистин род пресноводных цианобактерий, который процветает в условиях теплой, особенно стоячей воды.[4] EPA предсказало в 2013 году, что изменение климата и изменение условий окружающей среды могут привести к росту вредных водорослей и негативно повлиять на здоровье человека.[15] Росту водорослей также способствует процесс эвтрофикации (избыток питательных веществ). В частности, растворенный активный фосфор способствует росту водорослей.[16]

Пути воздействия[править | править код]

Люди подвергаются воздействию микроцистинов при глотании, попадании на кожу или вдыхании загрязненной воды.[17] Эти вещества химически стабильны в широком диапазоне температур и рН, возможно, в результате их циклической структуры.[18] В сезон цветения воды продуцирующие микроцистин бактерии могут превысить фильтрующие способности сооружений водоподготовки. Некоторые данные показывают, что токсин может попадать в пищевую цепь через ирригационные сооружения[19][20].

Цветение озера Эри[править | править код]

В 2011 году в озере Эри произошла рекордная вспышка цветения сине-зелёных водорослей, отчасти связанная с самой влажной за всю историю весной и расширением мертвых зон на дне озера, а также с сокращением популяций рыб, загрязнением пляжей и местной индустрией туризма, которая приносит более 10 миллиардов долларов США доходов ежегодно.[1]

В августе 2014 года, в городе Толедо, штат Огайо, обнаружили небезопасные уровни микроцистина в водопроводе из-за цветения водорослей в озере Эри, самом мелком из Великих озер . Город выпустил рекомендацию для примерно 500 000 человек, что вода не безопасна для питья или приготовления пищи.[21][22] Группа специалистов штата Огайо обнаружила, что озеро Эри получило больше фосфора, чем любое другое Великое озеро, как с посевных площадей, из-за местных практик ведения сельского хозяйства, так и из городских водоочистных центров[16]

Район залива Сан-Франциско[править | править код]

В 2016 году микроцистин был обнаружен в моллюсках района залива Сан-Франциско в морской воде, по-видимому, из пресноводного стока, усугубленного засухой .[23]

Айова[править | править код]

В 2018 году Департамент природных ресурсов штата Айова обнаружил микроцистины на уровне 0,3   мкг / л, что эквивалентно 0,3 частям на миллиард при поставках сырой воды в 15 из 26 протестированных систем общественного водоснабжения.[24]

Воздействие на здоровье человека при контакте[править | править код]

Микроцистины не могут быть разрушены стандартными протеазами, такими как пепсин, трипсин, коллагеназа и химотрипсин, из-за их циклической химической природы.[18] Они гепатотоксичны, то есть способны нанести серьезный вред печени . При попадании в организм микроцистин достигает печени через систему транспорта желчных кислот, где задерживается большая его часть, хотя некоторое количество остаётся в кровотоке и может загрязнять ткани.[25][26] Острое воздействие Microcystin-LR на здоровье — боль в животе, рвота и тошнота, диарея, головная боль, образование пузырей вокруг рта, а также боли в горле при дыхании, сухой кашель и пневмония.[27]

Представляется, что информации для оценки канцерогенного потенциала микроцистинов недостаточно для применения руководящих документов EPA по оценке риска канцерогенного воздействия. Несколько исследований показывают, что может существовать связь между раком печени и колоректальным раком и появлением цианобактерий в питьевой воде в Китае.[28][29][30][31][32][33] Доказательства, однако, недостаточны из-за ограниченной способности точно оценивать и измерять экспозицию токсинами.

Законодательное регулирование[править | править код]

В США EPA выпустило рекомендацию по здоровью в 2015 году.[34] Была рассчитана так называемая Десятидневная рекомендация по здоровью для разных возрастов, в которой указана безопасная концентрация микроцистинов в питьевой воде при воздействии в течение десяти дней: 0,3 мкг / л для детей на грудном вскармливании и детей дошкольного возраста и 1,6 мкг / л для детей школьного возраста и взрослых[35].

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 Michael Wines. Spring Rain, Then Foul Algae in Ailing Lake Erie, The New York Times (14 марта 2013).
  2. Joanna M. Foster. Lake Erie is Dying Again, and Warmer Waters and Wetter Weather are to Blame (недоступная ссылка). ClimateProgress (20 ноября 2013). Дата обращения: 25 октября 2019. Архивировано 3 августа 2014 года.
  3. Climate change: a catalyst for global expansion of harmful cyanobacterial blooms (англ.) // Environmental Microbiology Reports : journal. — 2009. — February (vol. 1, no. 1). — P. 27—37. — doi:10.1111/j.1758-2229.2008.00004.x. — PMID 23765717.
  4. 1 2 Increasing toxicity of algal blooms tied to nutrient enrichment and climate change. Oregon State University (24 октября 2013).
  5. R.M; Dawson. the toxicology of microcystins (англ.) // Toxicon (англ.) : journal. — 1998. — Vol. 36, no. 7. — P. 953—962. — doi:10.1016/S0041-0101(97)00102-5. — PMID 9690788.
  6. Ramsy Agha, Samuel Cirés, Lars Wörmer and Antonio Quesada. Limited Stability of Microcystins in Oligopeptide Compositions of Microcystis aeruginosa (Cyanobacteria): Implications in the Definition of Chemotypes (англ.) // Toxins : journal. — 2013. — Vol. 5, no. 6. — P. 1089—1104. — doi:10.3390/toxins5061089. — PMID 23744054.
  7. Fatoki, O.S., Muyima, N.Y.O. & Lujiza, N. 2001. Situation analysis of water quality in the Umtata River Catchment. Water SA, (27) Pp 467—474.
  8. An overview of toxic freshwater cyanobacteria in South Africa with special reference to risk, impact, and detection by molecular marker tools (англ.) // Biokemistri : journal. — 2005. — Vol. 17, no. 2. — P. 57—71. — doi:10.4314/biokem.v17i2.32590.
  9. Use of PCR based technologies for risk assessment of a winter cyanobacterial bloom in Lake Midmar, South Africa (англ.) // African Journal of Biotechnology : journal. — 2007. — Vol. 6, no. 15. — P. 14—21.
  10. Oberholster, P. 2008. Parliamentary Briefing Paper on Cyanobacteria in Water Resources of South Africa. Annexure «A» of CSIR Report No. CSIR/NRE/WR/IR/2008/0079/C. Pretoria. Council for Scientific and Industrial Research (CSIR).
  11. Oberholster. The use of remote sensing and molecular markers as early warning indicators of the development of cyanobacterial hyperscum crust and microcystin-producing genotypes in the hypertrophic Lake Hartebeespoort, South Africa. Pretoria: Council for Scientific and Industrial Research. Архивировано 11 августа 2014 года.
  12. Oberholster. State of the Nation Report: An Overview of the Current Status of Water Quality and Eutrophication in South African Rivers and Reservoirs. Pretoria: Council for Scientific and Industrial Research. Архивировано 8 августа 2014 года.
  13. Turton, A.R. 2015. Water Pollution and South Africa’s Poor. Johannesburg: South African Institute of Race Relations. http://irr.org.za/reports-and-publications/occasional-reports/files/water-pollution-and-south-africas-poor Архивная копия от 12 марта 2017 на Wayback Machine
  14. Barnett A. Rattner, Glenn H. Olsen, Peter C. McGowan, Betty K. Ackerson, and Moira A. McKernan. Harmful Algal Blooms and Bird Die-offs in Chesapeake Bay: A Potential Link?. Patuxent Wildlife Research Center.
  15. Impacts of Climate Change on the Occurrence of Harmful Algal Blooms. EPA.
  16. 1 2 Suzanne Goldenberg. Farming practices and climate change at root of Toledo water pollution, The Guardian (3 августа 2014).
  17. How are humans exposed to cyanobacteria and cyanotoxins? EPA, retrieved 12 Nov 2018
  18. 1 2 Theerasak; Somdee. Degradation of [Dha7]MC-LR by a Microcystin Degrading Bacterium Isolated from Lake Rotoiti, New Zealand (англ.) // ISRN Microbiology : journal. — 2013. — Vol. 2013. — P. 1—8. — doi:10.1155/2013/596429. — PMID 23936728.
  19. Retention of Microcystis aeruginosa and microcystin by salad lettuce (Lactuca sativa) after spray irrigation with water containing cyanobacteria (англ.) // Toxicon (англ.) : journal. — 1999. — August (vol. 37, no. 8). — P. 1181—1185. — doi:10.1016/S0041-0101(98)00244-X. — PMID 10400301.
  20. Toshihiko; Abe. Microcystin-LR Inhibits Photosynthesis of Phaseolus vulgaris Primary Leaves: Implications for Current Spray Irrigation Practice (англ.) // New Phytologist (англ.) : journal. — 1996. — August (vol. 133, no. 4). — P. 651—658. — doi:10.1111/j.1469-8137.1996.tb01934.x.
  21. Algal bloom leaves 500,000 without drinking water in northeast Ohio. Reuters (2 августа 2014).
  22. Rick Jervis, USA TODAY. Toxins contaminate drinking water in northwest Ohio (2 августа 2014).
  23. John Raphael BEWARE: High Levels of Freshwater Toxin Found in Shellfish from San Francisco Bay Oct 28, 2016. Nature World News
  24. Kate Payne Toxic Bacteria Blooms Impacting Water Systems Across Iowa, DNR Survey Shows. November 1, 2018. National Public Radio
  25. I. R. Falconer. Algal Toxins and Human Health, 1998, pp. 53–82.
  26. Falconer, I.R. 2005. Cyanobacterial Toxins of Drinking Water Supplies: Cylindrospermopsins and Microcystins. Florida: CRC Press. 279 pages.
  27. What health risks do humans face as a result of exposure to cyanotoxins? EPA, retrieved 12 Nov 2018
  28. Microcystins (cyanobacterial toxins) in drinking water enhance the growth of aberrant crypt foci in the mouse colon (англ.) // Journal of Toxicology and Environmental Health, Part A (англ.) : journal. — 2000. — October (vol. 61, no. 3). — P. 155—165. — doi:10.1080/00984100050131305. — PMID 11036504.
  29. Neoplastic nodular formation in mouse liver induced by repeated intraperitoneal injections of microcystin-LR (англ.) // Toxicon (англ.) : journal. — 1997. — September (vol. 35, no. 9). — P. 1453—1457. — doi:10.1016/S0041-0101(97)00026-3. — PMID 9403968.
  30. Structure-function relationships of microcystins, liver tumor promoters, in interaction with protein phosphatase (англ.) // Japanese Journal of Cancer Research (англ.) : journal. — 1991. — September (vol. 82, no. 9). — P. 993—996. — doi:10.1111/j.1349-7006.1991.tb01933.x. — PMID 1657848.
  31. Detection of microcystins, a blue-green algal hepatotoxin, in drinking water sampled in Haimen and Fusui, endemic areas of primary liver cancer in China, by highly sensitive immunoassay (англ.) // Carcinogenesis : journal. — 1996. — June (vol. 17, no. 6). — P. 1317—1321. — doi:10.1093/carcin/17.6.1317. — PMID 8681449.
  32. Yu S-Z. Drinking water and primary liver cancer, 1989, pp. 30-37.
  33. Relationship between microcystin in drinking water and colorectal cancer (англ.) // Biomedical and Environmental Sciences : journal. — 2002. — June (vol. 15, no. 2). — P. 166—171. — PMID 12244757.
  34. Drinking Water Health Advisory…, 2015.
  35. Drinking Water Health Advisory…, 2015, pp. 28—29.

Дополнительное чтение[править | править код]

  • Национальный центр экологической оценки. Токсикологические обзоры цианобактериальных токсинов: микроцистины LR, RR, YR и LA (NCEA-C-1765)

Литература[править | править код]

  • Falconer, Ian R. Algal Toxins and Human Health : ст. в сб. / I. R. Falconer ; Department of Clinical and Experimental Pharmacology. University of Adelaide // Quality and treatment of drinking water II : [англ.] : науч. сб. — Berlin : Springer, 1998. — P. 53–82. — 180 p. : ill. — (Handbook of environmental chemistry ; vol. 5/5C). — ISBN 978-3-662-14774-0. — doi:10.1007/978-3-540-68089-5_4.
  • Yu S-Z. Drinking water and primary liver cancer : науч. ст. // Primary liver cancer : [англ.] : науч. сб. / Z.Y. Tang; M.C. Wu; S.S. Xia (eds.). — Berlin : Springer, 1989. — 495 p. — ISBN 978-0-387-50228-1. — OCLC 1106633247.
  • Drinking Water Health Advisory for the Cyanobacterial Microcystin Toxins : [англ.] : [арх. 12 ноября 2018] : информ. док. / [Dr.P.H Lesley V. D’Anglada; Jamie Strong, Ph.D] ; Health and Ecological Criteria Division, Office of Science and Technology, Office of Water. — Washington, DC : U.S. Environmental Protection Agency, 2015. — 15 June. — vi, 67 p. : ill., tab., diag.

Ссылки[править | править код]