Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Перелік умовних позначень та скорочень

Да - умовне позначення молекулярної маси;

ЛД50 - медіанна смертельна (летальна) доза токсичної речовини, необхідна для того, щоб загинула половина членів випробуваної популяції;

LPS - ірритантні токсини-ліпополісахариди;

PSP - паралітичні токсини молюсків;

NRPS - нерибосомальні пептид синтетази;

PKS - полікетидсинтази.

Вступ

На сьогоднішній день великою екологічною проблемою є «цвітіння» води, яке призводить не лише до погіршення якості води, але й до отруєння як гідробіонтів так і до теплокровних організмів. Отруєння відбувається під впливом розмноження синьозелених водоростей, адже вони виділяють токсини, які мають різні властивості.

Токсини синьозелених водоростей проникають в організми через шкіру (при контакті з водою), через травний тракт.

Синьозелені водорості є представниками майже всіх водяних екосистем на Землі, тому дана проблема є досить глобальною на сьогоднішній день. Даною проблемою розпочали серйозно займатися з нещодавнього часу.

Актуальність теми. Відомо, що токсичністю по відношенню до теплокровних організмів характеризуються як морскі, так і прісноводні водорості.

Складність та багатогранність проблеми токсичності водоростей пов'язана з тим, що кожен вид продукує не тільки специфічний токсин, але здатен виділяти цілий комплекс токсичних речовин, саме тому токсини синьозелених водоростей вважають досить небезпечними, і саме по цій причині вони підлягають постійному контролю і дослідженню міжнародною спільнотою [3].

Деякі токсини - дуже стійкі сполуки і не розкладаються навіть при кип'ятінні. Часто токсини синьозелених водоротей є канцерогенними речовинами, тому тривале вживання води, що містить навіть низькі концентрації токсинів, небезпечне для теплокровних організмів [4, 5].

Дослідження та вдосконалення методів детоксикації води від токсинів синьозелених водоротей дозволить покращити її якість і зменшити небезпеку, як для населення водойм, так і для водокористувачів.

Мета роботи: розглянути вплив токсинів синьозелених водоростей на теплокровні організми, дослідити методи детоксикації токсинів синьозелених водоростей.

Наукова новизна роботи: полягає у розгляді нових методів детоксикації води від токсинів синьозелених водоростей.

Завдання на виконання дипломної роботи:

1. Виконати аналіз існуючих досліджень та публікацій з тематики роботи.

2. Розглянути вплив токсинів синьозелених водоростей на теплокровні оганізми.

3. Проаналізувати характер дії відомих на сьогоднішній день токсинів синьозелених водоростей.

4. Вивчити вплив абіотичних та біотичних чинників на вміст токсинів синьозелених водоростей у воді.

5. Дослідити методи детоксикації токсинів синьозелених водоростей

6. Зробити висновки щодо опрацьованого матеріалу впливу токсинів синьозелених водоростей на теплокровні організми.

Об'єкт дослідження: методи детоксикації токсинів синьозелених водоростей, що негативно впливають на теплокровні організми.

Предмет дослідження: токсини синьозелених водоростей.

Практичне значення одержаних результатів. Розглянуті методи детоксикації можуть використовуватися для зменшення токсичності води не лише в водоймах, але й в місцях водозабору для великих та малих міст, адже в наш час дуже гостро постає питання «цвітіння» води. Результати дипломної роботи можуть бути використані у циклі лекцій дисципліни «Біотехнологія очистки води».

Розділ 1. Синьозелені водорості

Синьозелені водорості (Cyanobacteria) (від грец. кхбнпs -- «блакитний» і вбкфЮсйпн -- «паличка») -- тип бактерій, що отримують необхідну їм енергію через фотосинтез. Їх також іноді називають Cyanophyta, посилаючись на зовнішній вигляд та екологічну нішу цих організмів, проте зараз термін «водорості» зазвичай обмежується еукаріотичними представниками групи, хоча належність цієї групи організмів до бактерій чи водоростей дискутується. Знайдені cкам'янілі сліди ціанобактерій (строматоліти) мають, як вважається, вік до 2,8 мільярдів років, хоча недавно отримані дані ставлять під сумнів це твердження. Одразу після виникнення, вони стали домінуючою групою фотосинтезуючих організмів, продукуючи кисень, вуглеводні та інші органічні сполуки. Саме завдяки цим організмам змінився якісний склад атмосфери Землі, в якій поступово накопичився кисень та стало менше вуглекислого газу. Також саме представники цієї групи були захоплені в результаті ендосимбіозу, ставши хлоропластами рослин та інших еукаріотів, дозволяючи і їм здійснювати фотосинтез. Cyanophyta -- це найбільша і найважливіша за впливом на біосферу група живих організмів на Землі, які становлять 90 % живої маси всієї біосфери [50].

1.1 Життєві форми синьозелених водоростей

Cyanophytа включають одноклітинні, колоніальні і нитчасті форми.

Деякі нитчасті Cyanophytа формують диференційовані клітини, відомі як гетероцисти (heterocysts), що спеціалізуються на фіксації азоту, і сплячі клітини або спори, звані акінети. Кожна клітина звичайно має товсті, желатиноподібні клітинні стінки, які фарбуються за Грамом негативно. Середній розмір клітин 2 мкм. Вирізняються здатністю адаптувати склад фотосинтетичних пігментів до спектрального складу світла, так що їхній колір варіює від яскраво-зеленого до темно-синього.

Ціанобактерії не мають джгутиків, але деякі з них здатні пересуватися уздовж поверхонь за допомогою бактеріального ковзання. Багато інших також мають здатність до руху, але механізм цього явища досі не має пояснення [50].

1.2 Середовище та екологія

Більшість видів знайдено в прісній воді, тоді як інші живуть у морях, у вологому ґрунті, або навіть на тимчасово зволожених скелях в арідних зонах. Деякі вступають в симбіотичні відносини з лишайниками, рослинами, протистами або губками, і забезпечують свого симбіонта продуктами фотосинтезу [55]. Ціанобактерії складають значну частку океанічного фітопланктону. Здатні до формування товстих бактеріальних матів. Деякі види токсичні (найбільш вивчений токсин -- мікроцистин, що продукується, наприклад, видом Microcystis aeruginosa) або умовно-патогенні (Anabaena sp.). Синьозелені водорості є основними збудниками «цвітіння» води, що викликають масові замори риби і отруєння тварин і людей, (наприклад, при цвітінні води у водоймах Східного Сибіру). Синьозелені водорості є унікальною екологічною групою, яка поєднує здатність до фотосинтетичної продукції кисню і фіксації атмосферного азоту (у 2/3 вивчених видів) [50].

1.3 Значення синьозелених водоростей

Синьозелені водорості, за загальноприйнятою версією, приймали участь у формуванні сучасної кисневмісної атмосфери на Землі (згідно іншої теорії, кисень атмосфери має геологічне походження), що привело до першої глобальної екологічної катастрофи в природній історії і драматичній зміні біосфери. Зараз, складаючи значну частку океанічного планктону, синьозелені водорості стоять на початку більшої частини харчових ланцюгів і виробляють більшу частина кисню (більш 90 %, але ця цифра визнається не всіми дослідниками). Ціанобактерія Synechocystis стала першим фотосинтезуючим організмом, чий геном був повністю розшифрований (у 1996, Дослідницький інститут Казуси, Японія). В даний час синьозелені водорості служать найважливішими модельними об'єктами досліджень в біології. У Південній Америці і Китаї бактерії родів Spirulina і Nostoc через нестачу інших видів продовольства використовують в їжу, висушуючи і готуючи борошно. Їм приписують цілющі і оздоровлюючі властивості, які, проте, в даний час не знайшли підтвердження. Розглядається можливе застосування ціанобактерій в створенні замкнутих циклів життєзабезпечення або як масової кормової / харчової добавки [50].

Певні ціанобактерії виробляють ціанотоксини, наприклад, анатоксин-a, анатоксин-aс, аплізіатоксин, домоїву кислоту, мікроцистин LR, нодулярин R (від Nodularia), або сакситоксин [9].

1.4 Висновки до розділу 1

Синьозелені водорості (Cyanobacteria) (від грец. кхбнпs -- «блакитний» і вбкфЮсйпн -- «паличка») -- тип бактерій, що отримують необхідну їм енергію через фотосинтез. Їх також називають Cyanophyta, посилаючись на зовнішній вигляд та екологічну нішу цих організмів, проте зараз термін «водорості» найчастіше обмежується еукаріотичними представниками групи.

Серед представників синьозелених водоростей є такі, що накопичують багато вітамінів, мікроелементів і саме тому люди застосовують їх як біологічно активні добавки. Але ж не можна забувати й про представників даного типу бактерій, які призводять до «цвітіння» води, під час якого вода втрачає свої корисні властивості, органолептичні показники дані проблеми з'являються в наслідок виділення деякими синьозеленими водоростями токсинів у воду, які шкідливі для живих організмів.

Розділ 2. Типи токсинів синьозелених водоростей

2.1 Класифікація токсинів

Синьозелені водорості синтезують широкий спектр токсинів, які можна розділити з урахуванням скринінгу їх активності на дві групи: біотоксини і ццитотоксини. При тестуванні біотоксинів зазвичай використовують водні безхребетні або невеликі хребетні тварини, такі, наприклад, як миші [6]. По хімічній структурі та спрямованості дії біотоксини поділяються на дві групи - гепатотоксичні циклічні пептиди і нейротоксичні алкалоїди. Перші з них ще називають «факторами швидкої смерті», що викликають загибель лабораторних тварин (мишей) протягом 1-4 год; другі - «факторами дуже швидкої смерті» (загибель протягом 2-30 хв).

Цитотоксини впливають на окремі функції клітин, зокрема інгібують ферменти, але не вбивають багатоклітинний організм. Активність цитотоксинів досліджують на культивованих лініях клітин ссавців, часто на пухлинних клітинах. Деякі цитотоксини вбивають водорості і бактерії. Ті з них, які впливають на пухлинні клітини і вірус імунодефіциту, можуть використовуватися в фармакології.

По хімічній структурі токсини ціанобактерій діляться на три основні групи: пептиди (циклічні й лінійні), алкалоїди та ліпо- полісахариди (див. таблицю 2.1). Перші і другі є вторинними метаболітами, тобто не беруть участь у метаболізмі клітин. Треті представляють собою структурні компоненти зовнішньої клітинної мембрани.

Токсини проявляють нейротоксичність, імунотоксичность, гено- токсичність, мутагенність, канцерогенність, ембріотоксичність та дерматотоксичність [41].

2.2 Гепатотоксичні циклічні пептиди - мікроцистини і нодулярини

До циклічних пептидів відносяться гепта- і пентапептиди - мікроцистин і нодуларин. Циклічні пептиди - це порівняно стабільні продукти з молекулярною масою 800-1100 Да, тобто значно менше в порівнянні з більшістю оліго- і поліпептидів (> 10 кДа). Вони містять 5 (нодулярини) або 7 (мікроцистини) амінокислот. Після приєднання двох С-термінальних амінокислот лінійний пептид формує циклічні з'єднання. Циклічні пептиди водорозчинні і в той же час здатні проникати через ліпідні мембрани тварин, рослин і бактерій. Вони містяться всередині клітин і звільняються при їх лізисі.

Мікроцистини (рис. 2.1) є найбільш поширеними токсинами [29]. Вони були ізольовані вперше з ціанобактерії Microcystis aeruginosa [8]. Перша хімічна структура мікроцистину була описана в 1980 р., і в даний час кількість відомих варіантів цього токсину значно зросла. Мікроцистини ідентифіковані в планктонних прісноводних видів, що належить родам Anabaena, Microcystis, Planktothrix, Nostoc і Anabaenopsis, а також у наземного Hapalosiphon [9]. Цi циклічні гептапептиди з основною структурою:

де X і Z - варіабільні L-амінокислоти (X - L-Leu і Z - L-Arg); D-MeAsp - D-еритро-в-метиласпарагінова кислота; Mdha - N-метилдегідро- аланін; Adda - 3-аміно-9-метокси-2 ,6,8-триметил-10-фенілдека-4 ,6-дієноева кислота (найбільш незвичайна структура в групі ціанобактеріальних циклічних пептидів); Аla - аланін, Leu - лейцин, Arg - аргінін, Glu - глутамат.

Структурні варіанти були описані для всіх семи амінокислот, але найбільш часті заміщення в L-амінокислотах (2 і 4), а також диметилювання (3 і 7). В даний час описано 71 структурний варіант мікроцистину для «цвітіння» води та ізольованих лабораторних штамів. З мікроцистинів найбільш поширені -LR, -RR і -YR, які можуть бути присутніми всі одночасно або окремо. Найбільш токсичний мікроцистин-LR, для пошуків якого розроблені спеціальні методи. Він поширений в Японії (разом з -RR і -YR), Португалії, Франції, Канаді та інших країнах [41].

Рис. 2.1 Циклічні пептиди: мікроцистини і нодуляріни. А - структура мікроцистинів. X і Z-варіабільні L- амінокислоти [у мікроцистину-LR: X = L-лейцин (L) і Z = L-аргінін (R)]; R і R-H диметилмікроцистин) або CH3; D-MeAsp - D- еритро-в-метиласпарогінова кислота; Adda - (2S, 3S, 8S, 9S)-3-aмінo-9-метокси-2 ,6,8-триметил-10-феніл-дека-4 ,6-дієнова кислота; Mdha - N-метілдегідроаланін (Dha-дегідроаланін); Б - структура нодуляринів (Z = L-аргінін) і мотупоріна (Z = L-валін).Mdhb - N-метил-дегідробутирин,

R1 = CH3 [41].

Таблиця 2.1 Основні групи ціанобактеріальних токсинів та їх властивості [9]

Токсин	Число структурних варіантів	Хімічна структура та біологічна активність	Токсигенний рід
Гепатотоксини
Мікроцистини	71	Циклічні гептапептиди; гепатоксичність, інгібітори протеїнфосфатаз, порушують цілісність цитоплазматичної мембрани, канценцерогени	Anabaena Anabaeopsis Hapalosiphon Nostoc Microcystis Oscillatoria Planctothrix
Нодулярини	9	Циклічні гептапептиди; гепатотоксини, інгібітори протеїнфосфатаз, порушують цілісність цитоплазматичної мембрани, канцерогени	Nodularia
Циліндро- спермозин	3	Гуанідиновий алкалоїд; некротичні пошкодження печінки (а також нирок, селезінки, легенів, кишечника), інгібітор синтезу білка, генотоксичний	Anabaena Aphanizomenon Cylindrospermopsis Umerzakia
Нейротоксини
Анатоксин-б та Гомоанатоксин-б	5	Алкалоїди; інгібують ацетилхолінесинтетазу	Anabaena Aphanizomenon Oscillatoria Phormidium
Анатоксин-б(с)	1	Алкалоїд, інгібітор ацетилхолінестетази	Anabaena
Сакситоксини	20	Карбоматні алкалоїди; блокують натрієві канали	Anabaena Aphanizomenon Cylindrospermopsis Lynghya Planktothrix
Дерматотоксини та цитотоксини
Лінгбіатоксин-б	1	Алкалоїд, викликають запалення, активує протеїнкіназу С	Lyngbya Oscillatoria Scizothrix
Аплісіатоксини	2	Алкалоїди; викликають запалення, активують протеїнкіназу С	Lyngbya Oscillatoria Schzothrix
Ендотоксини
Ліпополісахариди	Велика різноманітність	Ліпополісахариди, викликають запалення, подразнюють шлунково-кишечний тракт	Всі ціанобактерії?

Нодулярини (див. рис. 2.1). Пентапептид нодулярин знайдений тільки у Nodularia. Нодуларин, як і мікроцистин, проявляє гепатотоксичність через інгібування активності протеїнфосфатаз 1 і 2А і має канцерогенні властивості [28]. Молекулярна маса відомих нодуляринів становить 810-838 Дa [39, 42].

Хімічна структура нодуляринів:

де Mdhb - 2-(метиламіно)-2-дегідромасляна кислота.

Виявлено кілька варіантів нодуляринів: два деметильованих, де DMAdda заміщує Adda, і нетоксичний нодулярин, який є 6-стереоізомером Adda [30]. У морської губки Theonella swinhoei знайдено аналог нодулярину, названий мутопоріном. Він відрізняється від нодулярину тільки однією амінокислотою - гідрофобний L-валін заміщає полярний L-аргінін [37]. Токсин явно ціанобактеріального походження, оскільки губка містить ціанобактерії в якості симбіонтів.

Нодулярини поширені в солонуватих водах: у Балтійському морі, водоймах Австралії та Нової Зеландії, де «цвітіння» води викликає Nodularia spumigena.

Основною причиною токсичності мікроцистинів і нодуларинів є їх циклічна структура, оскільки лінійні пептиди з тим же складом не проявляють біологічну активність у відношенні тест-об'єктів - мишей [30]. Токсичність нодуляринів і мікроцистинів для ссавців викликана здатністю сильно зв'язуватися з ключовими ферментами - протеїнфосфатазами. У результаті інгібування останніх відбувається гіперфосфорилювання білків цитоскелету клітин печінки, що призводить до загибелі гепатоцитів, скупчення крові в печінці і смерті мишей від геморагічного шоку. Саме Adda-глутамат є ключовим для взаємодії з фосфатазами і, отже, найважливішим для токсичності цих сполук. За патологічним ефектом і хімічними властивостями мікроцистини близькі до термостабільного токсину блідої поганки. ЛД50 мікроцистинів і нодуляринів для мишей коливається в межах 50 - 300 . Найбільш токсичними вважаються мікроцистин -LR і -LA з ЛД50 50 , а найменш токсичний мікроцистин -RR з ЛД50 1000 . Лінійні мікроцистини і нодулярини в 100 разів менш токсичні порівняно з їх циклічними еквівалентами. Можливо, вони є продуктами бактеріального руйнування токсинів. Всесвітня організація здоров'я тимчасово встановила допустиму концентрацію мікроцистинів у воді - 1 .

Оскільки гепатотоксини впливають на цитоскелет, вони можуть бути використані у фундаментальних цитологічних дослідженнях. Ці токсини інгібують фосфатази 1 і 2а, і тому з їх допомогою можна вивчати механізм дії цих ферментів, наприклад використовувати їх в якості зондів. Визначивши амінокислотну послідовність фосфатаз, можна виявити нуклеотидну послідовність відповідних генів і ізолювати останні для вивчення їх регуляції [41].

2.3 Нейротоксичні алкалоїди - анатоксини і сакситоксини

Масовий розвиток нейротоксични ціанобактерій зазначено в Північній Америці, Європі та Австралії. Нейротоксини порушують функцію нервової системи і викликають смерть мишей протягом декількох хвилин через параліч дихальних м'язів.

Відомі три сімейства нейротоксинів:

- анатоксин-б і гомоанатоксин-б, дія яких подібна до ефекту ацетилхоліну; - анатоксин-б(с), який є інгібітором холінестерази;

- сакситоксини, паралітичні токсини молюсків (PSP), які блокують натрієві канали.

Алкалоїдні токсини - широка група гетероциклічних азотистих сполук, що мають кільцеві структури, принаймні, з одним C-N- зв'язком, молекулярної масою <1 кДa.

Анатоксин-б (рис. 2.2) - низькомолекулярний алкалоїд (165 Дa), вторинний амін, 2-ацетил-9-азабіцикло-(4-2-1)-нон-2-Eн [14]. Синтезується різними видами з родів Anabaena, Planktothrix, Aphanizomenon і Cylindrospermopsis. ЛД50 анатоксину-б - 200-250 [42]. Анатоксин-б не руйнується ацетилхолінестеразою. Він імітує дію ацетилхоліну і здатний зверхстимулювати м'язові клітини, що викликає м'язове виснаження, судоми, конвульсії і задуху через аноксію в клітинах мозку. На жаль, протиотрути анатоксину-б не існує. Єдиний практичний шлях -це знайти альтернативне нетоксичне джерело води.

Гомоанатоксин-б (див. рис. 2.2) - кетони, аналог анатоксину-б, виділений із штаму Oscillatoria formosa [43]. ЛД50 гомоанатоксина-б - 200-250 , молекулярна маса - 179 Да [10]. Шляхи його біосинтезу вивчені і сам токсин синтезований. Синтетичний гомоанатоксин-б використовують у виробництві радіоактивно мічених нікотинових лігандів [10].

Анатоксин-б(с) (див. рис. 2.2) - сильний органофосфатний інгібітор ацетилхолінестерази, синтезується штамами Anabaena flos-aque і A. lemmermanii (252 Да) [11]. Даний варіант анатоксину викликає надмірне слиновиділення і криваве сльозовиділення у хребетних, ЛД50 20 [11]. Це поки єдиний природний органофосфат з інсектицидною дією, на основі якого можуть бути створені пестициди нового покоління. Синтетичні органофосфати, використовувані вже давно, розчиняються в ліпідах і мають тенденцію накопичуватися в клітинних мембранах різних органів людини і тварин. На відміну від них анатоксин-б(с) розчиняється у воді і, отже, більш схильний до біодеградації. З іншого боку, він гірше проникає через багаті ліпідами кутикули і екзоскелет комах. Взявши за основу структуру анатоксину-б(с), можна синтезувати речовину, що має мінімальну здатність накопичуватися в тканинах хребетних, але з сильним ефектом щодо шкідників сільського господарства. Сакситоксини (рис. 2.2, г) - це група алкалоїдних нейротоксинів, які або несульфатовані (сакситоксини - STX), або містять одну (гоніатоксини - GTX), або дві (C-токсини) сульфатні групи. Сакситоксини - різноманітна група гетероциклічних азотних сполук, що містять кільцеві структури, принаймні, з одного C-N зв'язком і молекулярної масою <1 кДа. Це одні з самих сильнодіючих ціанобактеріальних токсинів, що мають ЛД50 10 [41]. Хоча сакситоксини знайдені у прісноводних ціанобактерій Anabaena circinalis, Aphanizomenon flos aquae, Cylindrospermopsis raciborskii, Lyngbya wollei і Planktothrix agardhii, вони більш широко поширені у дінофлагеллятах, морських водоростей, що викликають «червоні припливи» (red tides). Сакситоксини блокують нервові волокна, інгібуючи натрієві канали і виділення ацетилхоліну, але не впливають на проникність для катіонів К і мембранний потенціал. Сакситоксини руйнують нейро-м'язовий контакт. Вони акумулюються в харчовому ланцюзі молюсків і є причиною паралітичного отруєння при їх вживанні людиною (PSP). Сакситоксини широко поширені у водоймах, однак нестача аналітичних методів обмежує їх виявлення.

Рис. 2.2 Ціанобактеріальні нейротоксини: А - анатоксин-б; Б - гомоанатоксин-б; В- анатоксин-б (c); Г - сакситоксин [41].

2.4 Цитотоксичні алкалоїди

Циліндроспермозин (рис. 2.3.) гепатотоксичний гуаніновий алкалоїд цитотоксин (415 Да), який синтезується тропічними видами з роду Anabaena, Cylindrospermopsis raciborskii і Umerzakia natans, а також Aphanizomenon ovalisporum [41]. Він діє переважно на печінку, хоча може викликати патологічні зміни в нирках, селезінці і серці.

2.5 Дерматоксичні алкалоїди (аплісіатоксин і лінгбіотоксин)

Ціанобактерії з родів Cylindrospermopsis, Lyngbya, Oscillatoria і Schizothrix можуть продукувати токсини - аплісіатоксин і лінгбіатоксин (див. рис. 2.3), що є активаторами протеїнкінази С. Вони викликають гострі дерматити і сприяють виникненню пухлин [16]. Лінгбіотоксин, отриманий з Lyngbya majuscula, викликає також важкі запалення кишкового тракту.

2.6 Ірритантні токсини-ліпополісахариди (LPS)

LPS є ендотоксинами і входять до складу оболонки грамнегативних бактерій, в т. ч. синьозелених водоростей, де вони формують комплекси з білками і фосфоліпідами. Вони пірогенні і токсичні, можуть викликати шкірні алергічні реакції, свербіж у людей і тварин [49]. Іррітантний ефект дає жирна кислота, що входить до складу їхнього головного компонента - ліпідів.



Рис. 2.3 Цитотоксичні і дерматотоксичні алкалоїди: А-циліндроспермозин; Б - деброаплісіатоксин; В - лінгібіотоксин [30].

2.7 Інші низькомолекулярні біологічно активні пептиди

Ціанобактерії синтезують біологічно активні речовини, токсичні для інших бактерій, водоростей і зоопланктону, які в той же час можуть бути основою медичних препаратів з антипухлинним, антивірусним, антибіотичним і антифунгальним ефектом [41]. Серед них можна відзначити депсипептиди (пептиди зі складним ефірним зв'язком), циклічні й лінійні пептиди. Хоча деякі з них є інгібіторами протеаз, їх біологічна активність ще невідома.

Циклічні депсипептиди (кріптофіцини) (рис. 2.4), що містять 3 - аміно-6-гідрокси-2-піперидон (Ahp), виділені з токсичних і нетоксичних штамів Microcystis, Oscillatoria, Anabaena і Nostoc. Ряд сполук цього класу не є біологічно активними, але деякі з них надають інгібуючий вплив на серинові протеази і тирозинази. Кріптофіцини, ізольовані з Nostoc sp., - Передбачувані антиракові препарати. До числа циклічних депсипептидів відносяться набенопептилід, мікропептини, мікроцистиліди, осцилопептини, ціанопептоліни, еругінопептини та ін [30].

Мікровіридини (див. рис. 2.4) - трициклічні депсипептиди, вперше були виділені з токсичного штаму Microcystis viridis (1665-1838 Да). Вони є інгібіторами тирозинази і еластази [16].

Рис. 2.4 Низькомолекулярні біологічно активні пептиди: А - циклічний депсіпептід (кріптофіцин) з Ahp-ділянкою; Б - трициклічний депсипептид (мікровірідин) [30].

Еругинозини (рис. 2.5) - клас лінійних депсипептидів з унікальною амінокислотною ділянкою (2-карбокси-6-гідрокси-октагідроіндол), які інгібують серинові протеази. Відомі сім варіантів еругінозинів (1022 - 1149 Да) [30]. Еругинозини продукують токсичні та нетоксичні штами Microcystis.

Анабенопептини (див. рис. 2.5) - девятнадцятичленні циклічні пептиди (10 варіантів), синтезовані токсичними штамами Anabaena, Oscillatoria, Nodularia spumigena і Microcystis [30]. Так, наприклад, Anabaena flos-aquae NRC 525-17 синтезує анабенопептини А і В (843 і 836 Да) поряд з мікроцистином і анатоксином-б(с). Унікальною структурною рисою даних сполук є наявність уреїдо группи і в-амідного зв'язку між D-лейцином і С-термінальним L-фенілаланіном [30].

Мікрогінини (див. рис. 2.5) - лінійні пептиди, вперше виділені з нетоксичного штаму M. аeruginosa (574-930 Да). Вони інгібують різні ферменти - протеази і ангіотензиназу (ЛК50 7). Крім звичайних б-амінокислот до їх складу входить в-амінокислота [30].



Рис. 2.5 Низькомолекулярні біологічно активні пептиди: А - лінійний депсипептид (еругинозин 298-А); Б - девятнадцятичленний циклічний пептид (анабенопептин А); В - лінійний пептид (мікрогінин) [30].

2.8 Висновки до розділу 2

Синьозелені водорості (Cyanophyta) синтезують різноманітні біологічно активні речовини, що характеризуються різним ефектом. За хімічною структурою вони діляться на три основні групи: пептиди (циклічні й лінійні), алкалоїди та ліпополісахариди. Вони характеризуються антифунгальною, антибакріальною, антивірусною активністю і інгібуючою активністю в відношенні до різних ферментів. Вже зараз вторинні метаболіти деяких мікроорганізмів використовуються в косметичної, харчової та фармацевтичної промисловості. Пошук нових перспективних об'єктів - продуцентів біологічно активних речовин представляється актуальним завданням сучасної біології.

Проте багато проблем, пов'язані з дослідженням токсинів синьозелених водоростей, таких як генетична регуляція їх біосинтезу, вплив на нього різних факторів середовища, біодеградація і роль токсинів в природі, вимагають подальших досліджень.

Токсини ціанобактерій можуть викликати у людини гастроентерити, пневмонію, різноманітні алергічні реакції, дерматити, подразнення очей і хронічні пошкодження печінки. Особливо небезпечний їх канцерогенний ефект. Серед відомих чинників первинного раку печінки особливо виділяються мікроцистини, найсильнішим з яких є мікроцистин-LR.

Обставини за яких здоров'я може піддатися небезпечному впливу токсигенних ціанобактерій, можна згрупувати в наступні категорії:

· використання питної води, що містить токсини;

· використання рекреаційних вод з токсигенними синьозеленими водоростями;

· використання продуктів харчування, отриманих на основі харчових ланцюгів, до складу яких входять токсигенні синьозелені водорості.

Розділ 3. Методи визначення токсинів синьозелених водоростей

3.1 Метод газорідинної хроматографії

Метод газорідинної хроматографії здійснюється за допомогою спеціального приладу автоматизованого рідинного хромато-мас-спектрометра.

Рис.3.1 Принцип розділення речовин у автоматизованому рідинному хромато-мас-спектрометрі [52]

На даному приладі можна аналізувати зразки, що містять полярні, нелеткі, термолабільні та термостабільні органічні сполуки (фармацевтичні препарати, фізіологічно активні речовини, водорозчинні пестициди, поліароматичні вуглеводні, харчові домішки, деякі компоненти продуктів харчування, а також інші токсиканти й сполуки органічного походження).

Прилад оснащений діодно-матричним (для аналізу на декількох довжинах хвиль та реєстрації спектру, 190-950 нм), флуоресцентним (для багатохвильового детектування та оперативної флуоресцентної спектрометрії) та мас-селективним одноквадрупольним детекторами.

Мас-детектор має два джерела іонізації: електроспрей (API) та хімічна (APCI). Діапазон мас (m/z) - 2-3000. Точність визначення мас - ±0,13 а.о.м. в режимі сканування. Швидкість сканування - 2500 та 5250 а.о.м./с.

За допомогою даного приладу можна визначати токсини синьозелених водоростей, оскільки токсини в основному є оганічними речовинами, полярні є термолабільними та термостабільними, що є обов'язковою умовою для аналізу в автоматизованому рідинному хромато-мас-спектрометрі [52].

Рис. 3.3 Розподілення речовин у автоматизованому рідинному хромато-мас-спектрометрі відповідно до полярності молекул молекулярної маси скадових речовин досліджуваного матеріалу [52]

3.2 Методи біотестування

Даний вид методів дозволяє з'ясувати наявність токсичних речовин в воді не залежно від виду токсичної речовин, але даний метод має недолік, оскільки ми не можемо за його даними стверджувати про наявність певного токсину. Головною перевагою даного методу є можливість дослідження впливу токсину чи суміші токсинів на живі організми, можна дослідити не лише смертність тест-об'єктів, але й як взагалі впливає даний токсин на живі організми. Як тест-об'єкти використовують деякі види гідробіонтів (Daphnia magna Straus, Epischura baycalensis), деякі види риб, миші та ін [1].

Найбільш повно методи біотестування розроблені для гідробіонтів і дозволяє використовувати їх для оцінки токсичності забруднень природних вод, контролю токсичності стічних вод, експрес - аналізу в санітарно-гігієнічних цілях, для проведення хімічних аналізів у лабораторних цілях і вирішення цілого ряду інших завдань.

Саме за допомогою біотестування можна передбачити певний вплив токсинів на живий організм [1].

Даний метод проводиться в лабораторних умовах.

3.3 Імуносорбентний аналіз

Ферментний імуносорбентний аналіз (англ. enzyme-linked immuno sorbent assay, ELISA) -- імунологічний метод для визначення наявності певних антигенів, що заснований на ідентифікації комплексів антиген-антитіло. Широко використовується в лабораторній діагностиці.

Рис. 3.4 Схема проведення ферментного імуносорбентного аналізу [10]

Існує цілий ряд підходів, що дозволяють визначити, чи відбулося зв'язування антитіла з антигеном-мішенню. Один з них -- це ферментний іммуносорбентний аналіз (ELISA), що часто використовується для діагностики різноманітних антигенів. Процедура аналізу включає такі етапи:

1. Підготовка підкладки для фіксації досліджуванного зразка;

2. Зразок, у якому хочуть виявити специфічну молекулу або мікроорганізм, фіксують на твердій підкладці, наприклад на пластиковій мікротитрувальній плашці, що зазвичай має 96 лунок;

3. До фіксованого зразка додають антитіло, специфічне до маркерної молекули (перше антитіло), потім промивають лунку, щоб видалити молекули першого антитіла, які не зв'язалися;

4. Додають друге антитіло, що специфічно зв'язується з першим антитілом і не взаємодіє з маркерною молекулою. До цього антитіла приєднаний фермент (наприклад, лужна фосфатаза, пероксидаза або уреаза), що може каталізувати перетворення незабарвленого субстрату в забарвлений продукт. Промивають лунку, щоб видалити молекули, які не зв'язалися;

5. Додають незабарвлений субстрат, що впізнається та утилізується ферментом;

6. Проводять якісне або кількісне визначення пофарбованого продукту.

Основний принцип ELISA -- специфічне зв'язування першого антитіла з мішенню. Якщо молекула-мішень являє собою білок, то його очищений препарат звичайно використають для одержання антитіл, за допомогою яких потім і виявляють дану мішень. Раніше використовувались перші антитіла, що були за своєю природою поліклональними. Розробка і застосування моноклональних антитіл дало змогу значно покращити специфічність імуноферментного аналізу.

Ферментний імуносорбентний аналіз широко застосовується для діагностики різноманітних інфекційних захворювань, ракових процесів (в основному завдяки специфічним білкам і пептидам), визначення різноманітних низькомолекулярних сполук, таких як токсини, лікарські засоби і т. п. [30].

3.4 Тести на протеїн фосфатази

Даний метод полягає у виділенні витяжки токсинів з біологічного матеріалу, яку потім вводять тест-об'єктам (в розглянутій літературі) витяжку вводять внутрішньочеревно та в дихальні шляхи (тест-об'єктами виступали миші, штамм AKR, віком 6-8 тижнів).

Далі за методикою проводять розтин та гістопатологію. За методикою проводяться операції екстракції, центрифугування, та дослідження активності ферментів за допомогою вивільненню P-нітрофенолу з субстрату P-нітрофенолу фосфату.

Головним досліджуваним показником даного методу є дослідження інгібування протеїн фосфатаз.

Даний метод дійсний лише для для мікроцистинів і нодулярінів [15].

3.5 Молекуляно-генетичні методи

Важливим аспектом у дослідженнях ціанобактерій є питання потенційної токсичності деяких видів. Відомо, що таке екологічне явище, як «цвітіння» водойм, обумовлене масовим розвитком ціанобактерій, нерідко призводить до появи у воді токсинів. Найбільш поширеним серед них є мікроцистин, який викликає отруєння і ураження печінки у людини і тварин . Молекулярно-біологічними методами було показано, що гени, які беруть участь у синтезі мікроцистинів, поширені в основному серед 5 родів ціанобактерій . Деякі представники родів Synechocystis і Synechococcus містять гени мікроцистинсинтетази [2].

Даний метод дослідження є дуже дорогим та громістким. Поки що даний метод не виконується в Україні (через відсутність необхідної апаратури та коштів).

3.6 Висновки до розділу 3

В наш час існує досить багато методів для виявлення токсинів синьозелених водоростей, адже для того щоб мінімізувати наслідки «цвітіння» води, необхідний ефективний екологічний моніторинг водойм, у т.ч. контроль факторів середовища, що викликають евтрофікацію. Основою для нього може бути використання нових хроматографічних методів, а також іммуносорбентного аналізу, тестів на протеїнфосфатази (для мікроцистинів і нодуляринів), методів біотестування, молекулярно-генетичних методів.

Кожен метод має свої переваги та недоліки.

Метод газорідинної хроматографії має перевагу перед іншими методами, оскільки він має найбільшу точність, але його недолік висока вартість. Методи біотестування не точний, але дає можливість дізнатися про вплив на живі організми. Імуносорбентний аналіз дає можливість визначити токсини з суміші кількох токсинів. Тести на протеїнфосфатази дозволяють визначити мікроцистини і нодулярини. Молекулярно-генетичні методи дозволяють дослідити деякі види синьозелених водоростей, а саме їх здатність продукувати певний вид токсинів, але даний метод громіткіший навіть за хромотографічний метод.

Розділ 4. Кількісні характеристики токсинів синьозелених водоростей у воді та в культуральному середовищі

4.1 Кількісні характеристики токсинів синьозелених водоростей в воді та в середовищі росту

Синьозелені водості продукують токсини. В залежності від умов навколишнього середовища змінюється кількісний склад токсинів синьозелених водоростей у воді та в середовищі . Проведено багато дослідів, які показали, що вміст токсинів залежить від температури росту, значення рН-середовища, концентрації фосфору, азоту, заліза та ін.. Залежності від деяких показників середовища наведені на гафіках (Рис. 4.1, 4.2., 4.3, 4.4)

Рис. 4.1 Вплив температури на ріст та токсиноутворення agardhii 97 [40].

Вміст токсину залежить від температури росту. Найбільш високим в досліді воно було при 18 і 25 С, в той час як при низьких (10 С) і високих (30 С) температурах концентрація токсину знижувалася в 2-3 рази [40].



Рис. 4.2 Вплив концентрації азоту на ріст та токсиноутворення agardhii 97 [40].

У неазотфіксіруючих видів, що належать родам Microcystis і Oscillatoria, токсиноутворення вище в середовищі з більш високим вмістом азоту. У азотфіксуючих ціанобактерій синтез токсину не залежить від вмісту азоту [40].

Рис. 4.3 Вплив концентрації фосфору на ріст та токсиноутворення agardhii 97 [40].

При високих концентраціях фосфору в середовищі гепатотоксичні штами продукували в 3-4 рази більше мікроцистину, але на синтез анатоксину-б фосфор не чинив подібної дії . У польових дослідженнях була знайдена позитивна кореляція між вмістом мікроцистину-LR в клітинах Microcystis aeruginosa і концентрацією фосфору. Схожа залежність між вмістом мікроцистину-LR і концентрацією фосфору в середовищі виявлена ??в «цвітінні», викликаних Microcystis sp [40].

токсин синьозелений водорості алкалоїд

Рис 4.4 Вплив інтенсивності світла на ріст та токсиноутворення O.agardhii 97 [40].

При надмірному накопиченні токсинів синьозелених та самих синьозелених водоростей вода набуває зеленкуватого кольору, тобто відбувається «цвітіння» води - це важлива проблема всього світу (див рис.4.5)

4.2 Вплив абіотичних та біотичних чинників на вміст синьозелених водоростей у культуральному середовищі та воді

4.2.1 Регулювання токсиноутворення чинниками середовища

Лабораторні досліди показують, що при оптимальних умовах росту мікроцистин і нодулярини залишаються всередині клітини. Кількість мікроцистинів в культурі збільшується протягом логарифмічної фази, особливо на її пізній стадії. Максимальна концентрація анатоксину-б була виявлена ??в логарифмічній фазі росту [27]. Склад мікроцистинів окремого штаму зазвичай постійний, але співвідношення їх може змінюватися з часом або при зміні умов культивування (світло, температура).

Екологічні фактори середовища змінюють вміст токсинів у ціанобактерій, але не більше ніж на порядок. Більшість дослідників вказують, що ціанобактерії продукують найбільшу кількість токсинів за умов, найбільш сприятливих для росту [41]. Наприклад, окремі види ціанобактерій мають різні потреби в світлі: Plankthotrix воліє для росту низьку інтенсивність, Anabaena - середню, а Aphanizomenon - високу. Всі ці штами продукують найбільшу кількість токсину при оптимальних світлових умовах для росту. При несприятливих умовах синтез токсину може знижуватися в 2-3 рази [41].

Вміст токсину залежить від температури росту. Найбільш високим воно було при 18 і 25 С, в той час як при низьких (10 С) і високих (30 С) температурах концентрація токсину знижувалася в 2-3 рази [41].

У експериментах з мишами ціанобактерії проявляли найбільшу токсичність при високих і низьких значеннях рН [21].

При високих концентраціях фосфору в середовищі гепатотоксичність штами продукували в 3-4 рази більше мікроцистину, але на синтез анатоксину-б фосфор не чинив подібної дії [22]. У польових дослідженнях була знайдена позитивна кореляція між вмістом мікроцистину-LR в клітинах Microcystis aeruginosa і концентрацією фосфору. Схожа залежність між вмістом мікроцистину-LR і концентрацією фосфору в середовищі виявлена ??в «цвітінні», викликаних Microcystis sp [23].

У неазотфіксіруючих видів, що належать родам Microcystis і Oscillatoria, токсиноутворення вище в середовищі з більш високим вмістом азоту. У азотфіксуючих ціанобактерій синтез токсину не залежав від вмісту азоту [33].

Дані про вплив заліза на токсиноутворення суперечливі [25, 46]. При вивченні впливу мікроелеметів на ріст і вміст токсинів Microcystis aeruginosa встановлено, що тільки цинк сприяє зростанню і токсиноутворенню [24].

4.2.2 Генетична регуляція біосинтезу і роль токсинів в природі

Про гени і ферменти, що беруть участь в біосинтезі ціанобактеріальних токсинів, відомо небагато. Зокрема, встановлено, що мікроцистини - це невеликі циклічні гептапептиди, що містять незвичайні амінокислоти. Було встановлено, що Microcystis aeruginosa РСЗ 7820 синтезує мікроцистин-LR з L-метіоніну, L-феніл-аланіну, L-глутамінової кислоти, ацетату і пірувату [30, 33]. Ці попередні відомості, результати тестів на матричну активність [5], а також дані про структуру мікроцистину свідчать про можливість існування нерибосомального шляху біосинтезу пептидного каркасу в поєднанні з полікетидним шляхом біосинтезу амінокислоти Adda (3-аміно-9-метокси-2 ,6,8-триметил-10-фенілдека-4, 6-дієнової кислоти). Раніше ці шляхи біосинтезу були відомі тільки на прикладі біосинтезу граміцидину С і еритроміцину.

Нерибосомальні пептидсинтетази (NRPS) - це сімейство мультифункціональних мультимодульних ферментів, в яких окремі модулі відповідальні за активацію, модифікацію та конденсацію амінокислот (рис. 4.6). Ці ферменти формують великі комплекси, які слугують каркасами при біосинтезі пептидів в якості альтернативи рибосомного механізму [26]. В свою чергу, бактеріальні полікетиди синтезуються за допомогою модульних полікетидсинтаз (PKS).

Гени (NRPS) були вперше секвентовані у Microcystis aeruginosa при дослідженні синтезу мікроцистинів із не синтезуючих мікроцистин штамів [15]. Гени, відповідальні за біосинтез анабенопептиліду, були досліджені у Anabaenа sp.[36]. Нещодавно описані гени мікроцистинсинтази (mcy) у Planktothrix sp . [13] та Anabaenа [12]. Вивчення біосинтезу гепатотоксинів циліндроспермозина генетичними методами показало, що гени, що кодують NRPS, є у токсичних штамів Cylindrospermopsis raciborskii і Anabaenа bergii, але відсутні у нетоксичних штамів [13].

Мікроцистини і нодулярини - кінцеві продукти дуже древнього вторинного метаболічного шляху, в якому беруть участь полікетид- синтази і нерибосомальні пептидсинтази. Обидва пептиди - сильнодіючі природні токсини, синтезовані представниками еволюційно віддалених родів ціанобактерій. У минулому гени мікроцистинсинтаз були, ймовірно, представлені у спільного предка багатьох ціанобактерій. Філогенетичний аналіз вказує на коеволюцію генів основного метаболізму і генів мікроцистинсинтаз. «Горизонтальне» перенесення генів, очевидно, грає роль в спорадичному поширенні продуцентів мікроцистину серед ціанобактерій, хоча можливість перенесення mсу-кластерів між окремими родами не підтверджується [56]. Незакономірне поширення генів мікроцистинсинтаз у сучасних ціанобактерій дає підстави припустити, що здатність утворювати токсин вдруге втрачала в багатьох філогенетичних лініях ціанобактерій. Гени, що кодують нодуляринсинтазу, мабуть, виникли недавно на основі більш давніх генів, що кодують мікроцистинсинтазу. Проте можлива й передача генів більш раннього походження між штамами всередині роду. Передбачається, що нодуляріни - «екстремальні» варіанти мікроцистину. Це підтверджується тим, що їх виробляє тільки один рід ціанобактерій, і відомо всього лише три структурні варіанти нодуляринів у порівнянні з численними (71 варіант) мікроцистинами [56].



Рис. 4.6 Роль компонентів мікроцистинсинтази (mсу) згідно нуклеотидної послідовності їх генів. Позначення: PKS область: AT: ацилтрансфераза; ACP: ацилпротеїни; KS: в-кетоацилсинтаза; KR: кетоацилредуктаза; DH: дегідратаза; CM: C-метилтрансферази; AMT: амінотрансфераза; NRPS: область: A: аміноациладенілаза; C: конденсація; NMT: N-метилтрансферази; Ep: епімераза, TE: тіостераза; McyF: рацемаза, OM (McyJ): O-метил-трансфераза. Стрілки вказують на компоненти мікроцистинсинтази, які беруть участь у біосинтезі мікроцистину [56].

Функції мікроцистинів і нодуляринів неясні. Можливо, що це хімічний захист від поїдання ціанобактерій зоопланктоном. Однак ціано- бактерії мають значно більш раннє походження (2 млрд років), ніж ракоподібні (0,5 млрд років). Тому біосинтез мікроцистину ціанобактеріями міг передувати появі ракоподібних. Зараз гепатотоксини не беруть участі у клітинному поділі та фізіологічних процесах, але вони могли відігрувати таку роль на ранній стадії еволюції цих організмів та інших бактерій. Початкові функції мікроцистинів, можливо, зводилися до сидерофорної утилізації мікроелементів, передачі сигналів і регуляції генів [55].

Ймовірно, подібно судинним рослинам, які виробляють таніни, феноли, стероли і алкалоїди для захисту від поїдання, ціанобактерії синтезують токсини, захищаючись від планктонних тварин. На підтвердження цього показано, що планктонні види безхребетних не харчуються ціанобактеріями, які синтезують токсини, і регулюють свою чисельність у місцях скупчення ціанобактерій, щоб уникнути отримання летальної дози. Передбачається, що мікроцистини і нодуляріни за допомогою протеїнфосфатаз можуть регулювати розмноження еукаріотних клітин [34].

4.3 Висновки до розділу 4

Відомо, що з старінням водойми кількість синьозелених водоростей збільшується, що призводить до зміни значною мірою не лише забарвлення води, але й екосистему, тобто змінюється вміст інших водоростей, види гідробіонтів та риб, які є мешканцями водойм і так далі.

На вміст водоростей у воді та в середовищі росту впливають біотичні та абіотичні фактори. До біотичних факторів відносяться: температура, освітленість, рН середовища, тиск, вміст фосфору, нітрогену та інших біогенних елементів. До абіотичних факторів відносяться екологічні взаємодії в екосистемі, адже вони впливають на кількісний вміст водоростей у водні, а також наведені фактори впливають на здатність водоростей виділяти токсини.

Кожен вид синьозелених водоростей має різні вимоги до середовища існування, саме тому при підборі поживного середовища необхідно враховувати потреби кожного виду індивідуально.

Розділ 5. Вплив токсинів синьозелених водоростей на теплокровні організми

5.1 Вплив токсинів синьозелених водоростей на теплокровні організми

Токсини синьозелених водоростей можна розділити з урахуванням скринінгу їх активності на дві групи: біотоксини і цитотоксини. По хімічній структурі та спрямованості дії біотоксинів токсини поділяються на дві групи - гепатотоксичні циклічні пептиди і нейротоксичні алкалоїди. Перші з них ще називають «факторами швидкої смерті », що викликають загибель лабораторних тварин (мишей) протягом 1-4 год; другі - «факторами дуже швидкої смерті» (загибель протягом 2-30 хв). Цитотоксини впливають на окремі функції клітин, зокрема інгібують ферменти, але не вбивають багатоклітинний організм.

Відомо більше 65 варіантів мікроцистинів, що розрізняються в основному варіабельними амінокислотами та деметилювання MeAsp і Mdha. Серед них найбільш часто зустрічається мікроцистин-LR, де варіабельні L-амінокислоти представлені лейцином і аргініном, він також найбільш токсичний. RR-(аргінін-аргінін) і YR-(тирозин-аргінін) ізоформи менш поширені. Варіанти мікроцистинів можуть бути присутніми в період «цвітіння» по кілька одночасно чи кожний окремо. Токсини накопичуються в навколишньому водному середовищі, акумулюються у молюсках, рибі та інших гідробіонтах, далі передаються по трофічному ланцюгу теплокровним наземним тваринам і людині. Відомі також отруєння травоїдних ссавців на водопої при попаданні в травний тракт як фітопланктону, так і самої води. Певну небезпеку представляє забруднення ціанотоксинами джерел водопостачання і водозаборів. Отруєння може відбутися при купанні під час «цвітіння» води. Клінічні симптоми при інтоксикації мікроцистином: діарея, нудота, озноб, слабкість. Токсичність мікроцистинів визначається їх активним транспортом в клітинах печінки (гепатоцити) з наступним пригніченням еукаріотичної серин / треонін фосфатази 1 і 2А. Adda і D-глутамат грають ключову роль в токсичності мікроцистинів, саме ця ділянка взаємодіє з фосфатазами. У результаті інгібування фосфатаз відбувається лізис гепатоцитів, крововиливи і застій крові в печінці, що призводить до значного збільшення її розмірів [36].

Нодуларини, як і мікроцистини, проявляють гепатотоксичність через інгібування активності протеїнфосфатаз 1 і 2а і має канцерогенні властивості [35].

Анатоксин-б та Гомоанатоксин-б - це алкалоїди, які імітують дію ацетилхоліну і здатні зверх стимулювати м'язові клітини, що викликає м'язове виснаження, судоми, конвульсії і задуху через аноксії в клітинах мозку [43].

Анатоксин-б(с) викликає надмірне слиновиділення і криваве сльозовиділення у хребетних, ЛД50 20. Це поки єдиний природний органофосфат з інсектицидною дією, на основі якого можуть бути створені пестициди нового покоління. Синтетичні органофосфати, використовувані вже давно, розчиняються в ліпідах і мають тенденцію накопичуватися в клітинних мембранах різних органів людини і тварин. На відміну від них анатоксин-б(с) розчиняється у воді і, отже, більш схильний до біодеградації [10].

Сакситоксини блокують нервові волокна, інгібуючи натрієві канали і виділення ацетилхоліну, але не впливають на проникність для катіонів К і мембранний потенціал. Сакситоксини руйнують нейро-м'язовий контакт. Вони акумулюються в харчовому ланцюзі молюсків і є причиною паралітичного отруєння при їх вживанні людиною [10].

Ціліндроспермозин діє переважно на печінку, хоча може викликати патологічні зміни в нирках, селезінці і серці [41].

Аплісіатоксин і лінгбіoтоксин викликають гострі дерматити купаючих і сприяють виникненню пухлин [49].

Ліпополісахариди формують комплекси з білками і фосфоліпідами. Вони пірогенні і токсичні, можуть викликати шкірні алергічні реакції у людей і тварин [41].

5.2 Методи детоксикації

Оскільки на сьогоднішній день «цвітіння» води дуже розповсюджене явище, саме тому ведуться дослідження по вирішенню даної проблеми, адже це питання зростає з кожним роком все більше і більше. Дана проблема загострюється в зв'язку зі збільшенням антропогенного навантаження на природне середовище, з погіршенням екологічної стійкості природних екосистем.

Для вирішення проблеми «цвітіння» використовують багато методів.

Чотири групи ціанотоксинів: мікроцистини, анатоксини, сакситоксини і циліндроспермозини характеризуються різною хімічною стабільністю і різною біологічною активністю у водному розчині.

Мікроцистини, як циклічні пептиди, найбільш стійкі до хімічного гідролізу або окиснення при нейтральних значеннях рН. Мікроцистини і нодулярини не руйнуються навіть після кип'ятіння. У водоймах у темряві мікроцистини можуть зберігатися місяцями й роками [40]. При підвищеній температурі (40 С) або низьких значеннях рН відбувається повільний гідроліз, і з часом вміст токсинів знижується на 90% протягом 10 тижнів при рН 1 і протягом 12 тижнів при рН 9 [17]. Мікроцистини можуть окислюватися озоном та іншими сильними окислювачами, а також при опроміненні ультрафіолетом [41]. На сонячному світлі вони піддаються повільному фотохімічному руйнуванню і ізомеризації [36]. Реакція посилюється в присутності водорозчинних клітинних пігментів, переважно фікобіліпротеїнів. Гумінові речовини на світлі також посилюють деградацію мікроцистинів [41].