Микроцистины

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[англ.] 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 озёр. 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 (2013-03-14). "Spring Rain, Then Foul Algae in Ailing Lake Erie". The New York Times. Архивировано 15 января 2022. Дата обращения: 25 октября 2019.
  2. ↑ Joanna M. Foster. Lake Erie is Dying Again, and Warmer Waters and Wetter Weather are to Blame. ClimateProgress (20 ноября 2013). Дата обращения: 25 октября 2019. Архивировано из оригинала 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). Дата обращения: 25 октября 2019. Архивировано 2 июля 2016 года.
  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. Архивировано 15 января 2022 года.
  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. Архивировано 15 января 2022 года.
  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. Дата обращения: 25 октября 2019. Архивировано 5 марта 2013 года.
  15. ↑ Impacts of Climate Change on the Occurrence of Harmful Algal Blooms. EPA. Дата обращения: 25 октября 2019. Архивировано 7 августа 2020 года.
  16. ↑ 1 2 Suzanne Goldenberg (2014-08-03). "Farming practices and climate change at root of Toledo water pollution". The Guardian. Архивировано 7 октября 2019. Дата обращения: 25 октября 2019.
  17. ↑ How are humans exposed to cyanobacteria and cyanotoxins? Архивная копия от 22 апреля 2019 на Wayback Machine 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). Дата обращения: 25 октября 2019. Архивировано из оригинала 24 сентября 2015 года.
  22. ↑ Rick Jervis, USA TODAY. Toxins contaminate drinking water in northwest Ohio (2 августа 2014). Дата обращения: 25 октября 2019. Архивировано 1 января 2020 года.
  23. ↑ John Raphael BEWARE: High Levels of Freshwater Toxin Found in Shellfish from San Francisco Bay Архивная копия от 9 февраля 2020 на Wayback Machine Oct 28, 2016. Nature World News
  24. ↑ Kate Payne Toxic Bacteria Blooms Impacting Water Systems Across Iowa, DNR Survey Shows. Архивная копия от 24 февраля 2020 на Wayback Machine 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? Архивная копия от 22 апреля 2019 на Wayback Machine 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]