Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Озеро Эри в октябре 2011 года, во время интенсивного цветения цианобактерий [1] [2]

Микроцистины -OR cyanoginosins -Есть класса токсинов , продуцируемых некоторыми пресноводные сине-зеленые водоросли . На данный момент открыто более 50 различных микроцистинов, из которых наиболее распространенным является микроцистин-LR . Химически они представляют собой циклические гептапептиды, продуцируемые нерибосомными пептидными синтазами.

Цианобактерии могут продуцировать микроцистины в больших количествах во время цветения водорослей, которые затем представляют серьезную угрозу для источников питьевой и оросительной воды и окружающей среды в целом. [3] [4]

Характеристики [ править ]

Химическая структура микроцистина-LR

Микроцистины - или цианогинозины - представляют собой класс токсинов [5], вырабатываемых некоторыми пресноводными цианобактериями ; в первую очередь Microcystis aeruginosa, но также и другие Microcystis , а также представители родов Planktothrix , Anabaena , Oscillatoria и Nostoc . На данный момент открыто более 50 различных микроцистинов, из которых наиболее распространенным является микроцистин-LR . Химически они представляют собой циклические гептапептиды, продуцируемые нерибосомными пептидными синтазами. [6]

Микроцистин-LR является наиболее токсичной формой из более чем 80 известных токсичных вариантов, а также наиболее изучен химиками, фармакологами, биологами и экологами. «Цветение», содержащее микроцистин, является проблемой во всем мире, включая Китай, Бразилию, Австралию, Южную Африку, [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] США и многие другие страны ». Европы. Плотина Хартебееспорт в Южной Африке является одним из наиболее загрязненных участков в Африке и, возможно, в мире.

Микроцистины содержат несколько необычных непротеиногенных аминокислот, таких как производные дегидроаланина и необычная β-аминокислота ADDA . Микроцистины ковалентно связываются и ингибируют протеинфосфатазы PP1 и PP2A и, таким образом, могут вызывать панстеатит . [15]

Формирование [ править ]

Культура M. aeruginosa , фотосинтезирующей бактерии.

Microcystis, продуцирующий микроцистины, представляет собой род пресноводных цианобактерий и хорошо себя чувствует в условиях теплой воды, особенно в стоячей воде. [4] EPA предсказало в 2013 году, что изменение климата и меняющиеся условия окружающей среды могут привести к вредоносному росту водорослей и могут негативно повлиять на здоровье человека. [16] Рост водорослей также стимулируется процессом эвтрофикации (избыток питательных веществ). [4] В частности, растворенный реактивный фосфор способствует росту водорослей. [17] [ нужен лучший источник ]

Пути воздействия [ править ]

Есть несколько способов воздействия этих гепатотоксинов, с которыми люди могут столкнуться, один из которых - через развлекательные мероприятия, такие как плавание, серфинг, рыбалка и другие виды деятельности, связанные с прямым контактом с загрязненной водой. [18] Еще один редкий, но чрезвычайно токсичный путь воздействия, который был идентифицирован учеными, - это операции гемодиализа. Один из смертельных случаев микрокистозной интоксикации при гемодиализе был изучен в Бразилии, где 48% пациентов, перенесших операцию в определенный период времени, умерли из-за того, что вода, использованная в процедуре, оказалась загрязненной. [19]

Микроцистины химически стабильны в широком диапазоне температур и pH , возможно, в результате их циклической структуры. [20] Загрязнение воды Microcystin-LR устойчиво к кипячению и микроволновой обработке. [21] Микроцистин-продуцирующие бактерии цветение водорослей может нарушить фильтрующую способность водоочистных сооружений. Некоторые данные показывают, что токсин может переноситься орошением в пищевую цепь. [22] [23]

Озеро Эри цветет [ править ]

В 2011 году в озере Эри произошла рекордная вспышка цветения микроцистиса , частично связанная с самой влажной весной в истории наблюдений, и расширила мертвые зоны дна озера, сократила популяцию рыб, загрязнила пляжи и нанесла ущерб местной туристической индустрии, которая приносит более 10 долларов миллиард дохода ежегодно. [1]

В августе 2014 года город Толедо, штат Огайо, обнаружил небезопасные уровни микроцистина в своей системе водоснабжения из-за вредоносного цветения водорослей в озере Эри, самом мелководном из Великих озер . Город выпустил предупреждение примерно 500 000 человек о том, что вода не безопасна для питья или приготовления пищи. [24] [25] Целевая группа штата Огайо обнаружила, что озеро Эри получило больше фосфора, чем любое другое Великое озеро, как с сельскохозяйственных угодий, из-за методов ведения сельского хозяйства, так и из городских центров очистки воды. [17]

Область залива Сан-Франциско [ править ]

В 2016 году микроцистин был обнаружен у моллюсков в районе залива Сан-Франциско в морской воде, по-видимому, из пресноводных стоков, усугубленных засухой . [26]

Айова [ править ]

В 2018 году Департамент природных ресурсов штата Айова обнаружил микроцистины на уровне 0,3 мкг / л или микрограмм на литр, что эквивалентно 0,3 части на миллиард в источниках сырой воды 15 из 26 протестированных систем общественного водоснабжения. [27]

Влияние на здоровье человека при воздействии [ править ]

Микроцистины не могут быть расщеплены стандартными протеазами, такими как пепсин , трипсин , коллагеназа и химотрипсин, из-за их циклической химической природы. [20] Они гепатотоксичны , то есть способны нанести серьезный вред печени . Попав в организм, микроцистин попадает в печень через транспортную систему желчных кислот, где сохраняется большая часть, хотя некоторые остаются в кровотоке и могут загрязнять ткани. [28] [29] [ необходима страница ]Острые последствия для здоровья Microcystin-LR включают боль в животе, рвоту и тошноту, диарею, головную боль, образование волдырей вокруг рта, а также боль в горле после вдыхания, сухой кашель и пневмонию. [30] [19]

Исследования показывают, что всасывание микроцистинов происходит в желудочно-кишечном тракте. [18] Кроме того, было обнаружено, что эти гепатотоксины подавляют активность белковых ферментов фосфатазы PP1 и PP2A, вызывая геморрагический шок, и в исследованиях на мышах было обнаружено, что они убивают в течение 45 минут. [31]

По-видимому, недостаточно информации для оценки канцерогенного потенциала микроцистинов путем применения Руководства EPA по оценке риска канцерогенов. Несколько исследований показывают, что существует связь между раком печени и колоректрального рака, а также наличием цианобактерий в питьевой воде в Китае. [32] [33] [34] [35] [36] [37] Доказательства, однако, ограничены из-за ограниченной способности точно оценить и измерить воздействие.

Регламент [ править ]

В США в 2015 году EPA выпустило рекомендации по здоровью. [38] Десятидневные рекомендации по здоровью были рассчитаны для разных возрастов, которые считаются защищающими от неканцерогенных неблагоприятных последствий для здоровья в течение десяти дней воздействия микроцистинов в питьевой воде: 0,3 мкг / л для младенцев и детей дошкольного возраста, находящихся на искусственном вскармливании, и 1,6 мкг / л для детей школьного возраста и взрослых. [38] : 28–29

См. Также [ править ]

  • Микроцистис
  • Нодуларин-Р

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Майкл Вайнс (14 марта 2013 г.). «Весенний дождь, затем мерзкие водоросли в больном озере Эри» . Нью-Йорк Таймс .
  2. ↑ Джоанна М. Фостер (20 ноября 2013 г.). «Озеро Эри снова умирает, виноваты более теплые воды и влажная погода» . КлиматПрогресс. Архивировано из оригинала на 3 августа 2014 года . Проверено 3 августа 2014 года .
  3. ^ Paerl HW, Huisman J (февраль 2009). «Изменение климата: катализатор глобального распространения вредоносного цветения цианобактерий». Отчеты по микробиологии окружающей среды . 1 (1): 27–37. DOI : 10.1111 / j.1758-2229.2008.00004.x . PMID 23765717 . 
  4. ^ a b c «Повышение токсичности цветения водорослей, связанное с обогащением питательными веществами и изменением климата» . Государственный университет Орегона. 24 октября 2013 г.
  5. Перейти ↑ Dawson, RM (1998). «Токсикология микроцистинов». Токсикон . 36 (7): 953–962. DOI : 10.1016 / S0041-0101 (97) 00102-5 . PMID 9690788 . 
  6. ^ Рамси Ага, Самуэль Сирес, Ларс Вёрмер и Антонио Кесада (2013). «Ограниченная стабильность микроцистинов в олигопептидных композициях Microcystis aeruginosa (Cyanobacteria): значение для определения хемотипов» . Токсины . 5 (6): 1089–1104. DOI : 10,3390 / toxins5061089 . PMC 3717771 . PMID 23744054 .  CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  7. ^ Брэдшоу Д, Грюнвальд Р, Р Laubscher, Nannan Н, Nojilana В, Норман В, Д Пиетерс, Шнайдер М (2003). Первоначальные оценки бремени болезней в Южной Африке, 2000 г. (PDF) . Кейптаун: Южноафриканский совет медицинских исследований. ISBN  978-1-919809-64-9. Архивировано из оригинального (PDF) 03 марта 2016 года . Проверено 4 августа 2014 .[ требуется страница ]
  8. ^ Fatoki, OS, Muyima, NYO & Lujiza Н. Анализ 2001. Положение качества воды в Умтата реки водосбора. Water SA, (27) стр. 467–474.
  9. ^ Oberholster PJ, Бота AM, Cloete TE (2005). «Обзор токсичных пресноводных цианобактерий в Южной Африке с особым упором на риск, воздействие и обнаружение с помощью инструментов молекулярных маркеров» . Биокемистри . 17 (2): 57–71. DOI : 10.4314 / biokem.v17i2.32590 .
  10. ^ Oberholster PJ, Бот AM (2007). «Использование технологий на основе ПЦР для оценки риска зимнего цветения цианобактерий в озере Мидмар, Южная Африка» . Африканский журнал биотехнологии . 6 (15): 14–21.
  11. ^ Оберхолстер, П. 2008. Парламентский информационный документ о цианобактериях в водных ресурсах Южной Африки. Приложение «A» отчета CSIR № CSIR / NRE / WR / IR / 2008/0079 / C. Претория. Совет по научным и промышленным исследованиям (CSIR).
  12. ^ Оберхолстер, П.Дж.; Cloete, TE; ван Гинкель, С .; Botha, AM .; Эштон, П.Дж. (2008). «Использование дистанционного зондирования и молекулярных маркеров в качестве индикаторов раннего предупреждения о развитии цианобактериальной корки гиперкадма и генотипов, продуцирующих микроцистин, в гипертрофическом озере Хартебиспоорт, Южная Африка» (PDF) . Претория: Совет по научным и промышленным исследованиям. Архивировано из оригинального (PDF) 11 августа 2014 года.
  13. ^ Оберхолстер, П.Дж.; Эштон, П.Дж. (2008). «Отчет о состоянии нации: обзор текущего состояния качества воды и эвтрофикации в южноафриканских реках и водохранилищах» (PDF) . Претория: Совет по научным и промышленным исследованиям. Архивировано из оригинального (PDF) 08.08.2014.
  14. ^ Turton, AR 2015. Загрязнение воды и бедность Южной Африки. Йоханнесбург: Южноафриканский институт расовых отношений. http://irr.org.za/reports-and-publications/occasional-reports/files/water-pollution-and-south-africas-poor. Архивировано 12 марта 2017 г. в Wayback Machine.
  15. ↑ Барнетт А. Раттнер, Гленн Х. Олсен, Питер К. Макгоуэн, Бетти К. Акерсон и Мойра А. МакКернан. «Вредное цветение водорослей и гибель птиц в Чесапикском заливе: потенциальная связь?» . Центр исследования дикой природы Патаксента.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  16. ^ «Воздействие изменения климата на возникновение вредоносного цветения водорослей» (PDF) . EPA. 2013.
  17. ^ a b Сюзанна Голденберг (3 августа 2014 г.). «Практика ведения сельского хозяйства и изменение климата в основе загрязнения воды Толедо» . Хранитель .
  18. ^ a b Funari E, Testai E. 2008. Оценка риска для здоровья человека, связанного с воздействием цианотоксинов. Критические обзоры в токсикологии. 38 (2). 97–125
  19. ^ a b Азеведо, Сандра МФО, Уэйн В. Кармайкл, Элиз М. Йочимсен, Кеннет Л. Райнхарт, Шэрон Лау, Глен Р. Шоу и Джефф К. Иглшем. 2002. «Интоксикация человека микроцистинами во время лечения диализом почек в Каруару, Бразилия». Токсикология (Амстердам) 181. 441–446.
  20. ^ a b Сомди, Тирасак; Громы, Мишель; Рак, Джон; Лис, Изабель; Эллисон, Маргарет; Пейдж, Рэйчел (2013). «Разложение [Dha7] MC-LR бактерией, разрушающей микроцистин, выделенной из озера Ротоити, Новая Зеландия» . ISRN Микробиология . 2013 : 1–8. DOI : 10.1155 / 2013/596429 . PMC 3712209 . PMID 23936728 .  
  21. ^ https://www.researchgate.net/publication/227807451_Microwave_oven_and_boiling_waterbath_extraction_of_hepatotoxins_from_cyanobacterial_cells
  22. Перейти ↑ Codd GA, Metcalf JS, Beattie KA (август 1999). «Удержание Microcystis aeruginosa и микроцистина в салате-латуке (Lactuca sativa) после орошения распылением водой, содержащей цианобактерии». Токсикон . 37 (8): 1181–5. DOI : 10.1016 / S0041-0101 (98) 00244-X . PMID 10400301 . 
  23. ↑ Абэ, Тошихико; Лоусон, Трейси; Вейерс, Джонатан ДБ; Кодд, Джеффри А. (август 1996 г.). «Микроцистин-LR ингибирует фотосинтез первичных листьев Phaseolus vulgaris: последствия для современной практики орошения распылением» . Новый фитолог . 133 (4): 651–8. DOI : 10.1111 / j.1469-8137.1996.tb01934.x . JSTOR 2558683 . 
  24. ^ "Из-за цветения водорослей 500000 человек остались без питьевой воды на северо-востоке Огайо" . Рейтер . 2 августа 2014 г.
  25. ↑ Рик Джервис, США СЕГОДНЯ (2 августа 2014 г.). «Токсины загрязняют питьевую воду на северо-западе Огайо» .
  26. ^ Джон Рафаэль ОСТОРОЖНО: высокий уровень пресноводных токсинов обнаружен в моллюсках из залива Сан-Франциско 28 октября 2016 г. Новости Nature World
  27. ^ Кейт Пэйн Цветение токсичных бактерий, влияющих на водные системы по всей Айове, показывает исследование DNR. 1 ноября 2018 г. Национальное общественное радио
  28. Перейти ↑ Falconer, Ian R. (1998). «Токсины водорослей и здоровье человека». В Грубце, Йиржи (ред.). Качество и очистка питьевой воды II . Справочник по химии окружающей среды. 5 / 5С. С. 53–82. DOI : 10.1007 / 978-3-540-68089-5_4 . ISBN 978-3-662-14774-0.
  29. ^ Falconer, IR 2005. Цианобактериальные токсины питьевой воды: цилиндроспермопсины и микроцистины. Флорида: CRC Press. 279 страниц.
  30. ^ С какими рисками для здоровья люди сталкиваются в результате воздействия цианотоксинов? EPA, получено 12 ноября 2018 г.
  31. ^ Кармайкл, WW 1992. Вторичные метаболиты цианобактерий: цианотоксины. J. Appl. Бактериол. 72, 445–459
  32. ^ Humpage AR, Hardy SJ, Мур EJ, Froscio С.М., Falconer ИК (октябрь 2000). «Микроцистины (цианобактериальные токсины) в питьевой воде усиливают рост аберрантных очагов крипт в толстой кишке мышей». Журнал токсикологии и гигиены окружающей среды, часть A . 61 (3): 155–65. DOI : 10.1080 / 00984100050131305 . PMID 11036504 . 
  33. Перейти ↑ Ito E, Kondo F, Terao K, Harada K (сентябрь 1997 г.). «Неопластические узелковые образования в печени мышей, вызванные повторными внутрибрюшинными инъекциями микроцистина-LR». Токсикон . 35 (9): 1453–7. DOI : 10.1016 / S0041-0101 (97) 00026-3 . PMID 9403968 . 
  34. ^ Нишиваки-Мацусима Р., Нишиваки С., Охта Т. и др. (Сентябрь 1991 г.). «Структурно-функциональные отношения микроцистинов, промоторов опухолей печени, во взаимодействии с протеинфосфатазой» . Японский журнал исследований рака . 82 (9): 993–6. DOI : 10.1111 / j.1349-7006.1991.tb01933.x . PMC 5918597 . PMID 1657848 .  
  35. ^ Уэно Ю., Нагата С., Цуцуми Т. и др. (Июнь 1996 г.). «Обнаружение микроцистинов, гепатотоксина сине-зеленых водорослей, в пробах питьевой воды, взятых в Хаймене и Фусуи, эндемичных районах первичного рака печени в Китае, с помощью высокочувствительного иммуноанализа» . Канцерогенез . 17 (6): 1317–21. DOI : 10.1093 / carcin / 17.6.1317 . PMID 8681449 . 
  36. Перейти ↑ Yu SZ (1989). «Питьевая вода и первичный рак печени». В З.Ы. Тан; MC Wu; СС Ся (ред.). Первичный рак печени . Нью-Йорк: Китайские академические издатели. С. 30–7. ISBN 978-0-387-50228-1.
  37. ↑ Zhou L, Yu H, Chen K (июнь 2002 г.). «Связь между микроцистином в питьевой воде и колоректальным раком». Биомедицинские и экологические науки . 15 (2): 166–71. PMID 12244757 . 
  38. ^ a b Рекомендации по здоровью питьевой воды для цианобактериальных токсинов микроцистина Управление водных ресурсов Агентства по охране окружающей среды США, номер документа EPA: 820R15100, 75pp, 15 июня 2015 г.

Дальнейшее чтение [ править ]

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

Внешние ссылки [ править ]

  • Вредоносное цветение водорослей (EPA) , получено 12 ноября 2018 г.
  • Сине-зеленые водоросли (цианобактерии) и их токсины (Министерство здравоохранения Канады)
  • Токсичные цианобактерии в воде: руководство по их последствиям для общественного здравоохранения, мониторингу и управлению (ВОЗ)
  • Цианобактерии и цианотоксины: информация для систем питьевой воды (EPA)
  • Цианобактерии далеки от проблемы Толедо Карл Циммер, 7 августа 2014 г. (The New York Times)