Mikrocystiner

Mikrocystiner  - eller cyanogynosiner  - er en klasse af toksiner produceret af visse ferskvandsblågrønalger . Indtil videre er mere end 50 forskellige mikrocystiner blevet identificeret, hvoraf microcystin-LR er den mest almindelige. Kemisk er de cykliske heptapeptider produceret af ikke- ribosomale peptidsyntetaser .

Under vandopblomstringer kan cyanobakterier producere mikrocystiner i store mængder, hvilket udgør en alvorlig trussel mod drikke- og kunstvandingsvandforsyningen og miljøet generelt. [3] [4]

Karakteristika

Mikrocystiner - eller cyanogynosiner - er en klasse af toksiner [ 5] produceret af nogle ferskvandscyanobakterier ; primært Microcystis aeruginosa, men også andre arter af slægten Microcystis , samt medlemmer af slægterne Planktothrix , Anabaena , Oscillatoria og Nostoc . Indtil videre er der identificeret mere end 50 forskellige mikrocystiner, hvoraf microcystin-LR er det mest almindelige. Kemisk er de cykliske heptapeptider produceret af ikke- ribosomale peptidsyntetaser . [6]

Microcystin-LR er den mest giftige form af over 80 kendte giftige varianter, og den mest undersøgte af kemikere, farmakologer, biologer og miljøforkæmpere. Mikrocystinopblomstringer er et problem på verdensplan, inklusive Kina, Brasilien, Australien, Sydafrika, [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] USA og mange lande i Europa. Hartebeespoort-dæmningen i Sydafrika er et af de mest forurenede steder på det afrikanske kontinent og muligvis i verden.

Mikrocystiner indeholder flere usædvanlige ikke-proteinogene aminosyrer , såsom dehydroalaninderivater og den sjældne ADDA β-aminosyre . Mikrocystiner binder kovalent til og hæmmer proteinfosfataserne PP1 og PP2A og kan derfor forårsage pansteatitis . [fjorten]

Uddannelse

Microcystis  er en mikrocystin-producerende slægt af ferskvandscyanobakterier, der trives i varmt, især stille, vand. [4] EPA forudsagde i 2013, at klimaændringer og skiftende miljøforhold kunne føre til vækst af skadelige alger og påvirke menneskers sundhed negativt. [15] Algevækst lettes også af eutrofieringsprocessen (overskydende næringsstoffer). Især opløst aktivt fosfor fremmer væksten af ​​alger. [16]

Indflydelsesmåder

Mennesker udsættes for mikrocystiner gennem indtagelse, hudkontakt eller indånding af forurenet vand. [17] Disse stoffer er kemisk stabile over en lang række temperaturer og pH , muligvis som følge af deres cykliske struktur. [18] I blomstringssæsonen kan mikrocystin-producerende bakterier overskride filtreringskapaciteten i vandbehandlingsanlæg . Nogle beviser tyder på, at toksinet kan komme ind i fødekæden gennem kunstvandingsfaciliteter [19] [20] .

Blooming Lake Erie

Lake Erie oplevede en rekordstor blågrøn algeopblomstring i 2011 , delvist på grund af det vådeste forår nogensinde og udvidelsen af ​​døde zoner på søbunden, samt faldende fiskebestande, strandforurening og en lokal turistindustri, der genererer mere end 10 milliarder amerikanske dollars i omsætning årligt. [en]

I august 2014 fandt byen Toledo, Ohio, usikre niveauer af mikrocystin i vandforsyningen på grund af en algeopblomstring i Lake Erie, den mindste af de store søer . Byen har udstedt en meddelelse til cirka 500.000 mennesker om, at vandet ikke er sikkert at drikke eller tilberede. [21] [22] Et hold i Ohio State fandt ud af, at Lake Erie modtog mere fosfor end nogen anden Great Lake, både fra afgrødearealer, lokale landbrugsmetoder og byvandbehandlingscentre [16]

San Francisco Bay Area

I 2016 blev mikrocystin påvist i skaldyr i San Francisco Bay Area i havvand, tilsyneladende fra tørkeforværret ferskvandsafstrømning . [23]

Iowa

I 2018 fandt Iowa Department of Natural Resources mikrocystiner på 0,3 µg/L, svarende til 0,3 ppb, i råvandsforsyninger i 15 af 26 testede offentlige vandforsyninger. [24]

Menneskelige sundhedseffekter ved kontakt

Mikrocystiner kan ikke nedbrydes af standardproteaser såsom pepsin , trypsin , collagenase og chymotrypsin på grund af deres cykliske kemiske natur. [18] De er hepatotoksiske , hvilket betyder, at de kan forårsage alvorlig skade på leveren . Ved indtagelse når mikrocystin leveren via galdesyretransportsystemet, hvor det meste af det tilbageholdes, selvom noget forbliver i blodbanen og kan forurene væv. [25] [26] Akutte helbredseffekter af Microcystin-LR er mavesmerter, opkastning og kvalme, diarré, hovedpine, blærer omkring munden, samt ondt i halsen ved vejrtrækning, tør hoste og lungebetændelse. [27]

Der ser ud til at være utilstrækkelig information til at vurdere det kræftfremkaldende potentiale af mikrocystiner til at anvende EPA-retningslinjerne for kræftfremkaldende risikovurdering. Flere undersøgelser peger på, at der kan være en sammenhæng mellem leverkræft og tyktarmskræft og forekomsten af ​​cyanobakterier i drikkevand i Kina. [28] [29] [30] [31] [32] [33] Evidensen er imidlertid utilstrækkelig på grund af den begrænsede evne til nøjagtigt at vurdere og måle eksponering for toksiner.

Lovgivningsmæssig regulering

I USA udsendte EPA en sundhedsrådgivning i 2015. [34] Der blev beregnet den såkaldte 10-dages sundhedsanbefaling for forskellige aldre, som indikerede en sikker koncentration af mikrocystiner i drikkevand ved eksponering i ti dage: 0,3 µg/L for ammede og førskolebørn og 1,6 mcg/l for skole børn og voksne i alderen [35] .

Se også

Noter

  1. ↑ 12 Michael Wines . Spring Rain, Then Foul Algae in Ailing Lake Erie , The New York Times  (14. marts 2013). Arkiveret fra originalen den 15. januar 2022. Hentet 25. oktober 2019.
  2. ↑ Joanna M. Foster. Lake Erie er ved at dø igen, og varmere vand og vådere vejr er skylden (ikke tilgængeligt link) . Klimafremskridt (20. november 2013). Hentet 25. oktober 2019. Arkiveret fra originalen 3. august 2014. 
  3. ↑ Klimaændringer: en katalysator for global udvidelse af skadelige cyanobakterielle opblomstringer  //  Environmental Microbiology Reports: tidsskrift. - 2009. - Februar ( bind 1 , nr. 1 ). - S. 27-37 . - doi : 10.1111/j.1758-2229.2008.00004.x . — PMID 23765717 .
  4. ↑ 1 2 Stigende toksicitet af algeopblomstring knyttet til næringsstofberigelse og klimaændringer . Oregon State University (24. oktober 2013). Hentet 25. oktober 2019. Arkiveret fra originalen 2. juli 2016.
  5. ↑ RM; Dawson. mikrocystinernes toksikologi  //  Toxicon : journal. - 1998. - Bd. 36 , nr. 7 . - S. 953-962 . - doi : 10.1016/S0041-0101(97)00102-5 . — PMID 9690788 .
  6. ↑ Ramsy Agha, Samuel Cirés, Lars Wörmer og Antonio Quesada. Begrænset stabilitet af mikrocystiner i oligopeptidsammensætninger af Microcystis aeruginosa (Cyanobakterier): Implikationer i definitionen af ​​kemotyper  (engelsk)  // Toxins : journal. - 2013. - Bd. 5 , nr. 6 . - S. 1089-1104 . - doi : 10.3390/toksiner5061089 . — PMID 23744054 .
  7. ↑ Fatoki, OS, Muyima, NYO & Lujiza, N. 2001. Situationsanalyse af vandkvaliteten i Umtata-flodens opland. Water SA, (27) s. 467-474.
  8. ↑ En oversigt over giftige ferskvandscyanobakterier i Sydafrika med særlig henvisning til risiko, påvirkning og påvisning med molekylære markørværktøjer  //  Biokemistri : journal. - 2005. - Bd. 17 , nr. 2 . - S. 57-71 . - doi : 10.4314/biokem.v17i2.32590 .
  9. ↑ Brug af PCR-baserede teknologier til risikovurdering af en vinter cyanobakteriel opblomstring i Lake Midmar, Sydafrika  //  African Journal of Biotechnology : journal. - 2007. - Bd. 6 , nr. 15 . - S. 14-21 .
  10. ↑ Oberholster, P. 2008. Parlamentarisk orienteringspapir om cyanobakterier i vandressourcer i Sydafrika. Bilag "A" til CSIR-rapport nr. CSIR/NRE/WR/IR/2008/0079/C. Pretoria. Rådet for Videnskabelig og Industriel Forskning (CSIR).
  11. ↑ Oberholster. Brugen af ​​fjernmåling og molekylære markører som tidlige advarselsindikatorer for udviklingen af ​​cyanobakteriel hyperskumskorpe og mikrocystin-producerende genotyper i den hypertrofiske Lake Hartebeespoort, Sydafrika . Pretoria: Rådet for videnskabelig og industriel forskning. Arkiveret fra originalen den 11. august 2014.
  12. ↑ Oberholster. State of the Nation Report: En oversigt over den nuværende status for vandkvalitet og eutrofiering i sydafrikanske floder og reservoirer . Pretoria: Rådet for videnskabelig og industriel forskning. Arkiveret fra originalen den 8. august 2014.
  13. ↑ Turton, AR 2015. Vandforurening og Sydafrikas fattige. Johannesburg: South African Institute of Race Relations. http://irr.org.za/reports-and-publications/occasional-reports/files/water-pollution-and-south-africas-poor Arkiveret 12. marts 2017 på Wayback Machine
  14. ↑ Barnett A. Rattner, Glenn H. Olsen, Peter C. McGowan, Betty K. Ackerson og Moira A. McKernan. Skadelig algeopblomstring og fugledød i Chesapeake Bay: et potentielt link? . Patuxent Wildlife Research Center. Hentet 25. oktober 2019. Arkiveret fra originalen 5. marts 2013.
  15. ↑ Klimaændringernes indvirkning på forekomsten af ​​skadelig algeopblomstring . EPA. Hentet 25. oktober 2019. Arkiveret fra originalen 7. august 2020.
  16. ↑ 12 Suzanne Goldenberg . Landbrugspraksis og klimaændringer er årsagen til Toledo vandforurening , The Guardian  (3. august 2014). Arkiveret fra originalen den 7. oktober 2019. Hentet 25. oktober 2019.
  17. ↑ Hvordan udsættes mennesker for cyanobakterier og cyanotoksiner? Arkiveret 22. april 2019 på Wayback Machine EPA, hentet 12. november 2018
  18. ↑ 1 2 Theerasak; somdee. Nedbrydning af [Dha7]MC-LR af en mikrocystin-nedbrydende bakterie isoleret fra Lake Rotoiti, New Zealand  //  ISRN Microbiology: journal. - 2013. - Bd. 2013 . - S. 1-8 . - doi : 10.1155/2013/596429 . — PMID 23936728 .
  19. ↑ Retention af Microcystis aeruginosa og microcystin af salatsalat (Lactuca sativa) efter sprøjtevanding med vand indeholdende  cyanobakterier //  Toxicon : journal. - 1999. - August ( bind 37 , nr. 8 ). - S. 1181-1185 . - doi : 10.1016/S0041-0101(98)00244-X . — PMID 10400301 .
  20. ↑ Toshihiko; Abe. Microcystin-LR hæmmer fotosyntese af Phaseolus vulgaris primære blade: Implikationer for nuværende sprøjtevandingspraksis  // Ny  phytolog : journal. - 1996. - August ( bind 133 , nr. 4 ). - s. 651-658 . - doi : 10.1111/j.1469-8137.1996.tb01934.x .
  21. ↑ Algeopblomstring efterlader 500.000 uden drikkevand i det nordøstlige Ohio (link ikke tilgængeligt) . Reuters (2. august 2014). Hentet 25. oktober 2019. Arkiveret fra originalen 24. september 2015. 
  22. ↑ Rick Jervis, USA I DAG. Toksiner forurener drikkevandet i det nordvestlige Ohio (2. august 2014). Hentet 25. oktober 2019. Arkiveret fra originalen 1. januar 2020.
  23. ↑ John Raphael PAS PÅ: Høje niveauer af ferskvandstoksin fundet i skaldyr fra San Francisco Bay Arkiveret 9. februar 2020 på Wayback Machine 28. oktober 2016. Nature World News
  24. ↑ Kate Payne toksiske bakterier blomstrer og påvirker vandsystemer i Iowa, DNR-undersøgelse viser. Arkiveret 24. februar 2020 på Wayback Machine 1. november 2018. National Public Radio
  25. ↑ IR Falconer. Algal Toxins and Human Health, 1998 , s. 53-82.
  26. ↑ Falconer, IR 2005. Cyanobakterielle toksiner fra drikkevandsforsyninger: Cylindrospermopsiner og mikrocystiner. Florida: CRC Press. 279 sider.
  27. ↑ Hvilke sundhedsrisici står mennesker over for som følge af eksponering for cyanotoksiner? Arkiveret 22. april 2019 på Wayback Machine EPA, hentet 12. november 2018
  28. ↑ Mikrocystiner (cyanobakterielle toksiner) i drikkevand øger væksten af ​​afvigende krypt-foci i musens tyktarm  //  Journal of Toxicology and Environmental Health, del A : journal. - 2000. - Oktober ( bind 61 , nr. 3 ). - S. 155-165 . - doi : 10.1080/00984100050131305 . — PMID 11036504 .
  29. ↑ Neoplastisk nodulær dannelse i muselever induceret af gentagne intraperitoneale injektioner af mikrocystin-  LR //  Toxicon : journal. - 1997. - September ( bind 35 , nr. 9 ). - S. 1453-1457 . - doi : 10.1016/S0041-0101(97)00026-3 . — PMID 9403968 .
  30. ↑ Struktur-funktionsforhold mellem mikrocystiner, levertumorpromotorer, i interaktion med proteinfosfatase  // Japanese  Journal of Cancer Research : journal. - 1991. - September ( bind 82 , nr. 9 ). - S. 993-996 . - doi : 10.1111/j.1349-7006.1991.tb01933.x . — PMID 1657848 .
  31. ↑ Påvisning af mikrocystiner, et blågrønalge-hepatotoksin, i drikkevand udtaget i Haimen og Fusui, endemiske områder med primær leverkræft i Kina, ved hjælp af højfølsom immunanalyse  //  Carcinogenesis : journal. - 1996. - Juni ( bind 17 , nr. 6 ). - S. 1317-1321 . - doi : 10.1093/carcin/17.6.1317 . — PMID 8681449 .
  32. ↑ Yu SZ. Drikkevand og primær leverkræft, 1989 , pp. 30-37.
  33. ↑ Forholdet mellem mikrocystin i drikkevand og tyktarmskræft  (engelsk)  // Biomedicinsk og miljøvidenskab : tidsskrift. - 2002. - Juni ( bind 15 , nr. 2 ). - S. 166-171 . — PMID 12244757 .
  34. ↑ Sundhedsrådgivning om drikkevand…, 2015 .
  35. ↑ Drinking Water Health Advisory…, 2015 , s. 28-29.

Yderligere læsning

Litteratur

Links