CC BY
123
Е.Г. СОРС
ВИКОВА
УГРОЗА
Некогда эти организмы сыграли ключевую роль в эволюции биосферы, став изобретателями наиболее эффективного способа фотосинтеза, идущего с выделением кислорода. В результате цианобактерии не только создали биосферу «современного типа», но и по сей день поддерживают ее, производя органическое вещество из углекислого газа и воды и выделяя кислород. Однако современное человечество эти исконные обитатели планеты интересуют в первую очередь как виновники сезонного «цветения» водоемов и продуценты опасных для жизни и здоровья токсинов
Антропогенное загрязнение вод, устройство каналов и искусственных водохранилищ с зарегулированным стоком создает благоприятные условия для массового развития цианобактерии - древнейших одноклеточных прокари-отических организмов, не совсем точно называемых еще сине-зелеными водорослями. «Цветение» водоемов, вызванное массовым размножением цианобактерий, в наше время приобретает глобальный характер.
По данным мировой статистики, примерно в половине случаев такого «цветения» в воде присутствуют
ВНИМАНИЕ! ОПАСНО!
В связи с заболеваемостью людей и массовой гибелью рыбы
ЗАПРЕЩАЕТСЯ
купание в озере Котокель лов рыбы и употребление рыбы в пищу людям и на корм животным использование воды из озера
в питьевых И хозяйственно-бытовых целях
|Н| пжтач»""« Пм«вг» ч|ц|прЦ ЧГШСЧ' Ян Рмп (вир™ втВ'Ч" "* ™ НЧ1"' - -.-¿г I* 4 П * «ГА'^И^М Р* К*"" Н1Г~
ШШ1Ц г» 1 рни!» ЧгЦ»Г11"
СОРОКОВИКОВА Екатерина Георгиевна -кандидат биологических наук, научный сотрудник отдела микробиологии Лимнологического института СО РАН (Иркутск).
Автор и соавтор 9 научных работ. Победитель конкурса на право получения грантов президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых (2010 г.)
токсины - ядовитые вещества, вырабатываемые циа-нобактериями. Первое сообщение о гибели домашних животных, пивших воду из «цветущего» водоема, появилось еще в 1878 г. в журнале Nature. А в 1966 г. в бразильском г. Каруару погибли 63 пациента гемодиа-лизного центра. Как выяснилось, для диализа использовали воду, зараженную цианотоксинами. Это событие привлекло внимание исследователей к их изучению.
Особенно остро проблема «цветения» водоемов стоит в странах с теплым климатом, так как высокие температуры, хорошая освещенность и большое количество питательных веществ способствуют массовому развитию цианобактерий. Однако оказалось, что она актуальна и для более «бедных» олиготрофных водоемов в холодных регионах. Цианотоксины, ставшие причиной гибели домашнего скота, были найдены даже в альпийских озерах!
Ключевые слова: цианобактерии, «цветение» воды, гепатотоксины, нейротоксины, микроцистин, сакситоксин. Key words: cyanobacteria, green scum (green water), gepatotoxins, neurotoxins, microcystin, saxitoxin
23
Все эти виды цианобактерии из оз. Котокельское
потенциально токсичны: а - Microcystis aeruginosa; б - Snowella lacustris; в - Aphanizomenon flos-aquae Оптическая микроскопия
Недавно было обнаружено, что гены цианобактерий, отвечающие за синтез токсинов, также участвуют в синтезе других биологически активных веществ, в том числе с противобактериальными и противогрибковыми свойствами, а также с противораковым (цитостатическим эффектом). И сейчас микробиологи активно ведут поиск продуцентов новых лекарственных средств
Цианобактерии могут бурно размножаться не только на прибрежном мелководье,' но и по всей акватории озера, из-за чего вода приобретает характерный сине-зеленый цвет
Нодудярия Борджиа
Около половины видов в каждом из пяти десятков ныне существующих родов цианобактерий способны продуцировать токсины. Наиболее распространены и изучены токсичные цианобактерии родов Microcystis, АпаЪаепа, Aphanizomenon, Nodularia. Именно они, как правило, и вызывают «цветение» озер и водохранилищ и вырабатывают различные токсины, которые могут поражать печень (гепатотоксины) или нервную систему (нейротоксины) млекопитающих.
Чаще всего в воде оказываются гепатотоксины - циклические пептиды микроцистин и нодуларин. Их недаром называют «факторами быстрой смерти»: гибель лабораторных мышей при внутрибрюшном введении этих токсинов наступает в течение нескольких часов. Длительное воздействие низких доз микроцистина приводит к раку и циррозу печени. К тому же, микроцистин очень устойчив, он не разрушается кипячением, обработкой ультрафиолетовым излучением и хлорированием воды, а из-за малого размера молекул
не улавливается фильтрами. Другой гепатотоксин - нодуларин - тоже канцероген; он легко проникает в гепа-тоциты и вызывает их разрушение.
Более редкие нейротоксины - анатоксины и сакси-токсины - являются алкалоидами. Они опасны для животных, поскольку разрушают нейромышечные контакты, вызывают паралич дыхательной мускулатуры и быструю смерть. Летальная доза сакситоксина - всего 10 мкг/кг.
Цианотоксины высвобождаются из отмерших клеток и могут накапливаться в водоемах. Таким образом, первое звено в цепи аккумуляции и передачи циано-токсинов - вода. Второе - моллюски и рыбы, далее - теплокровные наземные животные и человек. Дикие копытные, домашний скот и другие животные могут отравиться на водопое, если в пищеварительный тракт попадет вода с токсинами или сам фитопланктон. Загрязнение цианотоксинами источников водоснабжения и водозаборов представляет большую опасность для
Этот «безопасный» вид цианобактерий - Gloeotrichia echinulata - ранее доминировал в оз. Котокельское, но сейчас уступил свои позиции токсичным представителям родов Anabaena и Microcystis (справа - A. lemmermannii)
человека. Отравление людей может произойти даже при обычном купании в «цветущем» водоеме.
Токсины есть, ПДК - нет
В последнее время во всем мире стали обращать особое внимание на качество природной воды. Это вызвано, с одной стороны, повышением санитарно-гигиенических требований, с другой - ухудшением состояния пресноводных экосистем, основных источников питьевой воды. К тому же, проблема экологической чистоты воды и пищи сегодня не только «модная» тема, но и предмет специального изучения.
По рекомендации ВОЗ во многих странах осуществляется мониторинг цианотоксинов в питьевой воде и продуктах питания, утверждены их предельно допустимые концентрации. Однако в России нет подобных стандартов, и, соответственно, сезонный мониторинг цианотоксинов в питьевой воде не проводится, несмотря на ежегодное «цветение» многих водохранилищ. Документально зафиксированы случаи отравления и даже смерти людей при употреблении в пищу рыбы из «цветущих» водоемов (например, в 2008 г. в Бурятии, на оз. Котокельское). Следовательно, контроль за содержанием цианотоксинов в водоемах, использующихся в рекреационных целях и для рыболовства, необходим.
Специалисты Лимнологического института СО РАН с 2005 г. ведут поиск и изучение токсичных цианобактерий в водоемах Восточной Сибири. Для
их обнаружения можно использовать различные методы. Наиболее простой и доступный - ПЦР-диагностика: последовательности генов, ответственных за синтез цианотоксинов, уже расшифрованы и доступны в мировой базе данных Genbank.
С помощью маркеров к гену, кодирующему фермент микроцистин-синтетазу, удалось установить, что в некоторых восточно-сибирских водоемах (оз. Котокельское, Братском и Усть-Илимском водохранилищах) присутствуют цианобактерии родов Anabaena и Microcystis, способные к синтезу микроцистина. С помощью методов жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии в пробах фитопланктона оз. Котокельское
было обнаружено три разновидности микроцистина, в том числе и наиболее токсичный микроцистин-Ы1. По нормам ВОЗ, его ПДК в питьевой воде - лишь 1 мкг/л.
Эти результаты вызвали большой интерес гидробиологов и многочисленные предложения заняться изучением различных водоемов России и стран СНГ, где наблюдается массовое развитие цианобактерий. В результате география исследования значительно расширилась за счет проб, полученных от коллег из Красноярска, Калининграда, Украины, Белоруссии. И практически все они содержали гены микроцистин-синтетазы...
В 2010 г. с помощью генетического анализа в водоемах Иркутской области удалось выявить цианобактерии, содержащие гены синтеза еще одного токсина - сакситоксина. Новый метод - иммуноферментный анализ - позволил подтвердить присутствие в воде самих токсинов.
Впервые за пять лет мониторинга токсичные цианобактерии были обнаружены в Байкале. На открытых водных пространствах озера «цветение» воды невозможно: низкие температуры и нехватка питательных веществ, необходимых для роста цианобактерий, надежно хранят чистоту байкальских вод. Но неглубокие заливы - излюбленные места отдыха туристов - летом хорошо прогреваются. В загрязненных человеком прибрежных зонах складываются благоприятные условия для развития цианобактерий, и байкальская вода здесь может содержать цианотоксины.
Этот факт вызывает особую тревогу. Ведь если даже самое чистое озеро планеты нуждается в сезонном мониторинге цианотоксинов, то что говорить о других водоемах России?
Синевато-зеленый оттенок, который приобретает вода с гниющей биомассой фитопланктона, обусловлен выходом из клеток вспомогательного фотосинтетического пигмента цианобактерий -фикоцианина. Сегодня это цвет опасности. Оз. Котокельское, август 2010 г.
Литература:
Волошко Л.Н., Плющ A.B., Титова H.H. Токсины цианобактерий (Cyanobacteria, Cyanophyta)//Альгология. 2008. Т. 18, № 1. С. 3-20.
Громов Б. В. Цианобактерии в биосфере // Соросовский образовательный журнал. 1996. № 9. С. 33—39.
Тихонова И. В. и др. Анализ цианобактерий озера Байкал и Усть-Илимского водохранилища на наличие гена синтеза микроцистина //Доклады РАН. 2006. Т. 409, № 3. С. 1—3.
В публикации использованы фото автора
