Характеристика токсинів синьозелених водоростей, що негативно впливають на теплокровні організми

Анатоксини. Анатоксин-б відносно стабільний в темряві, проте в розчині і на світлі у відсутність пігментів легко піддається фотохімічній деградації. Руйнування прискорюється в лужному середовищі. Період напіврозпаду при фотохімічному руйнуванні анатоксину-б - 1-2 години [59]. Анатоксин-б(с) легко руйнувється в розчинах при нейтральних і кислих значеннях рН [25].

Сакситоксини. У темряві при кімнатній температурі вони піддаються повільному хімічному гідролізу. Період напіврозпаду становить 1-10 тижнів. C-токсини втрачають N-сульфокарбомільную групу і формують декарбомільну групу гоніатоксинів (dc-GTX). Хоча dc-GTX, GTX і STX деградує до нетоксичних продуктів, період їхнього напіврозпаду становить 1-10 тижнів, і для 90% руйнування потрібно більше трьох місяців. Проміжний продукт dc-GTX більш токсичний, ніж самі C-токсини (в 10-100 разів). Наприклад, супернатант Anabaena circinalis, що містить C-токсини і dc-GTX, збільшував токсичність протягом 2-3 місяців [19]. Кип'ятіння екстракту сконцентрованої біомаси або культур завжди збільшує токсичність.

Циліндроспермозини відносно стабільні в темряві, хоча їх повільне руйнування відбувається при високих температурах (50 С) [19]. На сонячному світлі й у присутності клітинних пігментів розпад відбувається швидше (на 90% за 2-3 днів).

Біодеградація. Незважаючи на свою стабільність і стійкість до пептидаз бактерій і еукаріотів, мікроцистини ефективно руйнуються водними бактеріями в річках та інших водоймах [19]. Штам Pseudomonas sp. руйнував анатоксин-б зі швидкістю 6-10 за 3 доби [21]. Штам Sphingomonas sp. руйнував кільцеву структуру мікроцистину-LR і утворював в якості проміжної сполуки лінійний (Аціло-) мікроцистин-LR. Ця сполука мала майже в 200 разів меншу токсичність, ніж вихідний токсин [8]. Деякі штами, виділені з озерної води і мулу в Фінляндії, виявилися здатними до деградації мікроцистинів і нодулярінів [23].

5.3 Висновки до розділу 5

Оскільки синьозелені водорості виділяють кілька видів токсинів, то і відповідно вони мають різну дію на теплокровні організми, але деякі токсини впливають на живі організми за однаковою схемою, наприклад мікроцистини та нодулярини, анатоксин-б та гомоанатоксин-б, аплісіатоксин та лінгбіатоксин. 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.

Токсини синьозелених водоростей мають дуже велику токсичність. Саме ця проблема широко розглядається науковцями, адже деякі токсини не біодеградують і єдиним способом захисту від них є пошук інших джерел води, але всім відомо що питна вода на нашій планеті дуже проблемне питання, особливо для деяких країн, саме тому розроблюються методи по детоксикації води від токсинів синьозелених водоростей. Серед основних методів детоксикації є не лише регулювання токсиноутворення чинниками середовища та біодеградація, але й такі методи, як озонування чи окислення іншими сильними окисниками, гідроліз, деградація токсинів за допомогою фотохімічних реакцій та ін. Для кожного токсину метод детоксикації підбирається індивідуально, оскільки кожен з них має свої особливості будови та індивідуальну стійкість до навколишнього середовища.

• Висновки

Відповідно до поставленої мети та завдань дипломної роботи, аналізу літературних джерел та аналітичної обробки розглянутої інформації сформовано наступні висновки:

1. Більшість видів синьозелених водоростей виділяють токсини, які негативно впливають на теплокровні організми.

2. По хімічній структурі токсини ціанобактерій діляться на три основні групи: пептиди (циклічні й лінійні), алкалоїди та ліпо- полісахариди.

3. Токсини проявляяють нейротоксичність, імунотоксичность, гено- токсичністю і мутагенність, канцерогенність, ембріотоксичность та дерматотоксичність.

4. Кожен вид токсинів характерний для певного роду синьозелених водоростей.

5. Великий вміст водоростей у воді призводить до «цвітіння» води.

6. При «цвітінні» води погіршуються органолептичні показники води за рахунок наявності в ній токсинів синьозелених водоростей.

7. Основними методами для визначення токсинів синьозелених водоростей є хроматографічні методи, іммуносорбентні аналізи, тести на протеїнфосфатази (для мікроцистинів і нодуляринів), . методи біотестування.

8. Біотестування токсинів синьозелених водоростей проводять в основному на мишах.

9. При старінні водойм синьозелені водорості в середовищі росту поступово заміщують більш «слабкі» види, при цьому забарвлюючи (викликають цвітіння).

10. Токсини синьозелених водоростей негативно впливають на теплокровні організми, адже вони призводять до отруєння та летальних наслідків .

11. На ріст синьозелених водоростей впливають біотичні та абіотичні фактори, таким чином вони регулюють вміст водоростей в екосистемі.

12. Для зменшення кількості токсинів синьозелених водоростей існує низка методів, які індивідуально підібрані для кожного виду токсинів.

• Список використаних джерел

1. Ісаєнко В.М., Білик Т.І., Кіпніс Л.С. Основи екологічної токсикології/Лабораторний практикум - К. НАУ-друк, 2011.- 67 с.

2. Тихонова И.В. Выявление потенциально токсичных цианобактерий в озере Байкал и водохранилищах Иркутской области с помощью полимеразной цепной реакции / Тихонова И.В., Гладких А.С., Белых О.И., Сороковикова Е.Г. // Бюлл. Восточно-Сибирского Научного Центра. - 2006. - Т. 2. - C. 205.

3. Курейшевич А.В., Ярмошенко Л.П., Кирпенко Н.И., Белых О.И., Сороковикова Е.Г. К вопросу о факторах, способствующих развитию токсических видов Cyanophyta // Наукові записки Тернопільського держ. пед. унів., Сер. Біологія, Спец. випуск: Гідроекологія. - 2010. - № 2 (43). - С. 307-310.

4. Курейшевич А.В., Белых О.И., Сороковикова Е.Г., Ярмошенко Л.П., Кирпенко Н.И. Наличие гена синтеза микроцистина у синезеленых водорослей разнотипных водных объектов // Современные проблемы гидроэкологии: Тезисы докл. 4-й Межд. науч. конф., посвященной памяти проф. Г.Г. Винберга, 11-15 октября 2010 г., Россия, Санкт-Петербург. Санкт-Петербург., Россия, 2010. - С. 101.

5. Курейшевич А.В., Ярмошенко Л.П., Кирпенко Н.Н. Сравнительный анализ морфологии Cyanoprokaryota (Cyanobacteria или Cyanophyta), произраста-ющих в культуре и в природних условиях // Материалы Всероссийского симпозиума с международным участием «Современные проблемы физиологии, экологии и биотехнологии микроорганизмов», Москва, 24-27 декабря 2009 г. - М.: МАКС Пресс 2009. - С. 105.

6. Arment A.R., Carmichael W.W. Evidence that microcystin is a thio-template product // J. Phycol. - 1996 - P. 597.

7. Bцrner T., Dittmann E. Molecular biology of cyanobacterial toxins // Harmful Cyanobacteria. - Netherlands: Springer, 2005. - P. 40.

8. Bourne D., Jones G.J., Blakeley R.L. et al. Enzymatic pathway for the bacterial degradation of the cyanobacterial cyclic peptide toxin microcystin-LR // Appl. Environ. Microbiol. - 1996 - P. 4094.

9. Carmichael W.W. The toxins of cyanobacteria // Sci. Amer. - 1994 - P. 86.

10. Carmichael W.W. The cyanotoxins // Adv. Bot. Res. - 1997 - P. 256.

11. Carmichael W.W., Evans W.R., Yin Q.Q. et al. Evidence for paralytic shellfish poisons in the freshwater cyanobacterium Lyngbya wollei (Farlow ex Gomont) comb. nov. // Appl. Environ. Microbiol. - 1997 - P. 3110.

12. Carmichael W.W., Mahmood N.A., Hyde E.G. Natural toxins from cyanobacteria (blue-green algae) // Marine toxins, Origin, Structure and Molecular Pharmacology. - Washington: Amer. Chem. Soc., 1990. - P. 30.

13. Christiansen G., Fastner J., Erhard M. Microcystin biosyntesis in Planktothrix: genes, evolution, and manipulation // J. Bacteriol. - 2003 - P. 572.

14. Devlin J.P., Edwards O.E., Gorham P.R. et al. Anatoxin-a, a toxic alkaloid from Anabaena flos-aquae NCR- 44h // Canad. J. Chem. - 1977 - P. 1371.

15. Dittmann E., Neilan B.A., Erhard M. et al. Insertional mutagenesis of a peptide synthetase gene which is responsible for hepatotoxin production in the cyanobacterium Microcystis aeruginosa PCC 7806 // Mol. Microbiol. - 1996 - P. 787.

16. Fujuki H., Suganuma M., Suguri H. et al. New tumor promoters from marine natural products // J. Amer. Chem. Soc. - 1990 - P. 240.

17. Harada K-I., Tsuji K., Watanabe M.F. Stability of microcystins from cyanobacteria. - III. Effect of pH and temperature // Phycologia. - 1996 - P. 88.

18. Jochimsen E.M., Carmichael W.W., An J.S. et al. Liver failure and death after exposure to microcystins at a haemodialysis center in Brazil // New Engl. J. Med. - 1998. - 338 - P. 878.

19. Jones G.J., Falcomer I.F., Wilkins R.M. Persistense of cyclic peptide toxins in dried cyanobacterial crusts from Lake Mokoan, Australia // Environ. Toxicol. Water Qual. - 1995 - P. 24.

20. Jones G.J., Negri A.P. Persistence and degradation of cyanobacterial paralytic shellfish poisons (PSPs) in freshwaters // Water Res. - 1997. - P. 533.

21. Kiviranta J., Sivonen K., Luukhainen R. et al. Production and biodegradation of cyanobacterial toxins; a laboratory study // Arch. Hydrobiol. - 1991. - P. 294.

22. Kotak B.G., Lam A.K.Y., Prepas E.E. et al. Variability of the hepatotoxin microcystin-LR in hypereutrophic drinking water lakes // J. Phycol. - 1995 - P. 263.

23. Lahti K., Rapala J., Fдrdig M. Persistance of cyanobacterial hepatotoxin, microcystin-LR in particulate material and dissolved in lake water // Water Res. - 1997 - P. 1012.

24. Lukac M., Aegerter R. Influence of trace metals on growth and toxin production of Microcystis aeruginosa // Toxicon. - 1993 - P. 305.

25. Lyck S., Gjolme N., Utkilen H. Iron-starvation increases toxicity of Microcystis aeruginosa CYA 22/1 (Chroococcales, Cyanophyceae) // Phycologia. - 1996 - P. 124.

26. Marahiel M.A., Stachelhaus T., Mootz H.D. Molecular peptide synthetases involved in nonribosomal peptide synthesis // Chem. Rev. - 1997. - 97. - P. 2651-2673.

27. Matsumada S., Moore R.E., Niemezura W.P., Carmichael W.W. Anatoxin-a(s), a potent anticholinesterase from Anabaena flos-aquae // J. Amer. Chem. Soc. - 1989. - 111. - P. 8021-8023.

28. Mez K., Beattie K.A., Codd G.A. et al. Identification of a microcystin in benthic cyanobacteria linked to cattle deaths on alpine pastures an Switzerland // Eur. J. Phycol. - 1997. - 32. - P. 111-117.

29. Moore R.E., Chen J.L., Moore B.S. et al. Biosynthesis of microcystin-LR: origin of the carbons in the Adda and Masp units // J. Amer. Chem. Soc. - 1991. - 113. - P. 5083-5084.

30. Namikoshi M., Rinehart K.L. Bioactive compounds produced by cyanobacteria // J. Industr. Microbiol. Biotechn. 1996. - 17. - P. 373-384.

31. Nishiwaki-Matsusshima R., Ihta T., Nishiwaki S. et al. Liver tumor promotion by the cyanobacterial cyclic peptide toxin microcystin-LR // J. Canc. Res. Clin. Oncol. - 1992. - 118. - P. 420-424.

32. Rantala A., Fever D.P., Hisbergues M. et al. Phylogenetic evidence for the early evolution of microcystin syntesis // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. - 2004 - P. 573.

33. Rapala J., Sivonen K., Luukhainen R., Niemelд S.I. Anatoxin-a concentration in Anabaena and Aphanizomenon at different enviromental conditions and comparison of growth by toxic and non-toxic Anabaena strains, a laboratory study // J. Appl. Phycol. - 1993. - 5. - P. 581-591.

34. Rinehart K.L., Harada K., Namikoshi M. et al. Nodularin, microcystin and the configuration of Adda // J. Amer. Chem. Soc. - 1988. - 110. - P. 8557-8558.

35. Rouhiainen L., Paulin L., Suomalainen S. et al. Genes encoding synthetases of cyclic depsipeptides, anabaenopeptilides in Anabaena strain 90 // Mol. Microbiol. - 2000. - 37. - P. 156-167.

36. Rouhiainen L., Vakkilainen T., Siemer B.L. et al. Genes coding for hepatotoxic heptapeptides (microcystins) in the cyanobacterium Anabaena strain 90 // Appl. Environ. Microbiol. - 2004. - 70. - P. 686-692.

37. de Silva E.D., Williams D.E., Andersen R.J. et al. Motuporin, a potent protein phosphatase inhibitor isolated from the Papua New Guinea sponge Theonella swinhoei Gray // Tetrahedron Lett. - 1992. - 33. - P. 1367-1371.

38. Sivonen K. Cyanobacterial toxins and toxin production // Phycologia. - 1996. - 35, N 6. - P. 12-24.

39. Sivonen K., Carmichael W.W., Namikoshi M. Isolation and characterization of hepatotoxic microcystin homologs from the filamentous freshwater cyanobacterium Nostoc sp. strain 152 // Appl. Environ. Microbiol. - 1990a. - 56. - P. 2650-2657.

40. Sivonen K. Effects of light, temperature, nitrate, orthophosphate, and bacteria on growth of and hepatotoxin production by Oscillatoria agardhii strains. - 1990 - P. 2658-2666.

41. Sivonen K., Jones G. Cyanobacterial toxins // Toxic cyanobacteria in water - a guide to their public health consequences, monitoring and management. - London: E. & F.N. Spon, 1999. - P. 41-111.

42. Sivonen K., Niemelд S.I., Niemi R.M. et al. Toxic cyanobacteria (blue-green algae) in Finnish fresh and coastal waters // Hydrobiologia. - 1990b. - 190. - P. 267-275.

43. Skulberg O.M., Carmichael W.W., Andersen R.A. et al. Investigations of a neurotoxic Oscillatorialean strain (Cyanophyceae) and its toxin. Isolation and characterization of homoanatoxin-a // Environ. Toxicol. Chem. - 1992 - P. 329

44. Stevens D.K., Krieger R.I. Stability studies on the cyanobacterial nicotinic alkaloid anatoxin-a // Toxicon. -1991. - 29. - P. 167-179.

45. Tsuii K., Naito S., Kondo F. et al. Stability of microcystins from cyanobacteria: effect of light on decomposition and isomerization // Environ. Sci. Technol. - 1993. - 28. - P. 173-177.

46. Van der Westhurizen A.J., Elloff J.N. Effect of culture age and pH of culture medium on the growth and toxicity of the blue-green alga Microcystis aeruginisa // Zeit. Planzenphysiol. - 1983 - 110. -P. 157-163.

47. Utkelen H., Gjшlme H. Iron-stimulated toxin production in Microcystis aeruginosa // Appl. Environ. Microbiol. 1985. - 58. - P. 189-194.

48. Watanabe M.F. Production of microcystins // Toxic Microcystis. - London: CRC Press, 1996. - 262 p.

49. Weckesser J., Drews G. Lipopolysaccharides of photosynthetic prokaryotes // Ann. Rev. Microbiol. - 1979.

50. http://www.ucmp.berkeley.edu/bacteria/cyanointro.html

51. http://uk.wikipedia.org/wiki/

52. http://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/library/webb/BOT311/ Cyanobacteria /Cyanobacteria.htm

53. http://hydrobio.at.ua/publ/14-1-0-12

54. http://dspace.nbuv.gov.ua

Размещено на Allbest.ru