Toksyny wytwarzane przez sinice – chorobotwórczość zakwitów Dr n. wet. Bożena Olczyk Tomaszów Mazowiecki

Od lat 80 XX wieku, obserwuje się nasilający proces wzrostu żyzności wód naturalnych, którego zjawiskiem, jako wynik eutrofizacji jest toksyczny zakwit sinic – cyjanobakterii

Zakwity sinic występują w większym stopniu późnym latem i na początku jesieni. Jeżeli istnieją odpowiednie poziomy substancji odżywczych i temperatura 10 – 30ºC, zakwit powstaje w ciągu 2 dni i trwa około 5 – 7 dni

Masowe zakwity powodują zabarwienie wody na kolor niebieskozielony Masowe zakwity powodują zabarwienie wody na kolor niebieskozielony. Mogą również zmienić konsystencję i wyglądać jak zawiesista farba lub podczas masowego występowania tworzyć spienione kożuchy

Zakwity sinic są dużym zagrożeniem dla zdrowia zwierząt i ludzi, ponieważ wiele ich gatunków zdolnych jest do produkcji biotoksyn

Informacje o zakwitach toksycznych sinic są coraz powszechniejsze Informacje o zakwitach toksycznych sinic są coraz powszechniejsze. Przypuszcza się, że w wielu przypadkach skutki ich działania są nierozpoznawalne ze względu na mylną diagnostykę oraz na małą świadomość istnienia toksyn sinicowych, gdyż wywołują one objawy podobne jak po zatruciu pestycydami

Przypadki zatruć zwierząt, masowych śnięć ryb oraz padnięć ptaków związanych z zakwitami cyjanobakterii oraz ich toksynami opisano na całym świecie. Śmierć zwierząt, w tym bydła, owiec, koni, świń, psów oraz dzikiej zwierzyny występowała zawsze po wypiciu wody zawierającej toksyny sinic

U psów zatrucia mogą występować także po zjedzeniu wyschniętego kożucha po zakwicie lub resztek przyczepionych sinic uwolnionych podczas czyszczenia sierści po wyjściu z wody z zakwitem

W środowisku morskim notowane jest zjawisko tzw W środowisku morskim notowane jest zjawisko tzw. „czerwonych pływów”, powodowane masowym namnożeniem jednogatunkowych zakwitów wiciowców, w tym bruzdnic. Są one składnikiem fitoplanktonu będącego pożywieniem dla zwierząt morskich: małż, skorupiaków, ryb. W przewodzie pokarmowym ulegają one trawieniu, a uwolnione toksyny kumulują się w organizmie zwierząt, które po spożyciu stanowią poważne zagrożenie dla zdrowia, które może skończyć się nawet śmiercią

Dlatego algotoksyny stanowią problem nie tylko zdrowotny ale i ekonomiczny dla hodowców „owoców morza”. Stanowią również problem ekologiczny, gdyż są przyczyną padnięć ssaków morskich, które żywią się skażonym pokarmem

Szkodliwość zakwitów    Wśród gatunków glonów, które mogą tworzyć zakwity wyróżnia się 3 grupy zróżnicowane pod względem stopnia ich szkodliwości

1 grupa: zakwity, które zasadniczo nie są szkodliwe gatunki glonów tworzące takie zakwity powodują tylko zabarwienie wody, ale w warunkach szczególnych, np. w osłoniętych zatokach czy w niewielkich zbiornikach, zakwit może być bardzo intensywny i poprzez wyczerpanie zapasów tlenu, powodować śnięcia ryb

2 grupa: zakwity powodowane przez gatunki produkujące toksyny glony poprzez łańcuch pokarmowy znajdują się w pokarmie zwierząt i człowieka, powodując zaburzenia gastryczne i/lub neurologiczne, w tym:

PSP (Paralytic Shellfish Poisoning) powodowane przez bruzdnice; objawem zatrucia jest porażenie mięśni międzyżebrowych, co powoduje trudności w oddychaniu; śmierć może nastąpić po 2 do 24 godzin poprzez uduszenie

DSP (Diarrhetic Shellfish Poisoning) powodowane przez bruzdnice; objawy zatrucia to: bóle brzucha, wymioty, biegunka; dłuższe spożywanie skażonego pokarmu może spowodować zmiany nowotworowe w obrębie przewodu pokarmowego

ASP (Amnesic Shellfish Poisoning) powodowane przez okrzemki; objawy zatrucia to: nudności, silne bóle brzucha, halucynacje, niekiedy krótka utrata pamięci

CFP (Ciguatera Fish Poisoning) powodowane prawdopodobnie przez bruzdnice; objawami zatrucia są: bóle brzucha i wymioty występujące po 12 – 24 godzinach po spożyciu skażonych ryb; mogą pojawić się także objawy neurologiczne, jak utrata równowagi czy obniżenie ciśnienia krwi; może powodować śmierć przez uduszenie

NSP (Neurotoxic Shellish Poisoning) powodowane przez bruzdnice; objawy zatrucia: bóle mięśni i głowy, trudności w oddychaniu oraz ślinotok

CTP (Cyanobacterial Toin Poisoning) powodowane przez sinice; ten typ zatruć jest częsty w akwenach śródlądowych

3 grupa: zakwity, które nie są trujące dla ludzi, ale stanowią zagrożenie dla ryb i bezkręgowców powodowane przez okrzemki, bruzdnice i wiciowce; występują w akwakulturach powodując śnięcia ryb poprzez zatkanie skrzeli

Sinice są pionierami świata organicznego i mogą żyć w najbardziej niesprzyjających środowiskach w wodach słodkich, morskich, źródłach solankowych i gorących, na powierzchni wilgotnej gleby lub na wilgotnych skałach, na korze drzew, lodowcach

Cyjanobakterie występują we wszystkich zbiornikach wodnych, problemem stają się jedynie wówczas, gdy wzrasta ich ilość. Spośród około 2000 gatunków sinic tylko kilka tworzy zakwity

Sinice wykazują duże możliwości przystosowawcze: - wykazują zdolność wykorzystania szerokiego spektrum światła, - są odporne na złe warunki tlenowe i wysokie pH, - rozwijają się przy niskim stosunku azotu do fosforu w wodzie, ponieważ potrafią wiązać wolny azot z powietrza, - charakteryzują się dużymi rozmiarami, co uniemożliwia ich wyjadanie przez zooplankton, - obecność w komórkach wakuoli gazowych umożliwia im zmianę ciężaru właściwego komórki i pozwala na przemieszczanie się ich w pionie wody

Cyjanobakterie są bogatym źródłem związków biologicznie aktywnych Cyjanobakterie są bogatym źródłem związków biologicznie aktywnych. Wiele z nich znalazło zastosowanie w medycynie, kosmetyce, rolnictwie. Te same organizmy produkują również metabolity wtórne o działaniu toksycznym, należące do najsilniejszych biotoksyn. Producentami toksyn jest około 41 gatunków sinic

Związki toksyczne produkowane przez sinice dzieli się ze względu na sposób ich działania na:   - hepatotoksyczne, uszkadzające wątrobę, - neurotoksyczne, podrażniające układ nerwowy, - dermatotoksyczne, działające drażniąco na skórę i błony śluzowe, - cytotoksyny, powodujące powstawanie guzów nowotworowych

Hepatotoksyny Pierwsza informacja pochodziła z 1878 r Hepatotoksyny   Pierwsza informacja pochodziła z 1878 r. z Australii i dotyczyła padnięć owiec, bydła i koni. Są stabilne w środowisku kwaśnym i zasadowym, nie ulegają rozkładowi przez soki żołądkowe i enzymy trawienne. Do tej grupy toksyn zalicza się:  - nodularyny - mikrocystyny

Nodularyny (NOD) Po raz pierwszy wyizolowano i zidentyfikowano je w próbce fitoplanktonu pobranej podczas zakwitu gatunku Nodularia spumigena w Nowej Zelandii. Objawy zatrucia to zaburzenia żołądkowe

Mikrocystyny: (MC): Toksyny te produkowane są przez szczepy: Anabena, Microcystis, Nostoc. Są one wysoko stabilne w wysokich temperaturach, nie ulegają rozpadowi w procesie gotowania. Charakteryzuje je kumulująca się toksyczność. Mogą mieć działanie rakotwórcze. Objawy to:krwotoki wewnątrzwątrobowe oraz fizjologiczna niewydolność tego organu, skutkująca nawet śmiercią

Neurotoksyny   dzielące się na:   · anatoksyny-a · anatoksyny-a(s) · saksiotoksyny i neosaksitoksyny

Anatoksyny-a (ATX) pierwsza toksyna poznana u cyjanobakterii, produkowana przez: Anabena, Oscillatoria, Cylindrospermum, Planktothris; objawy występują w krótkim czasie po zatruciu: drżenia mięśni, zachwiania równowagi i śmierć przez uduszenie w wyniku porażenia mięśni oddechowych

Anatoksyny-a(s) wywołuje podobne objawy do anatoksyny-a, ale dodatkowo występuje ślinotok

Saksitoksyny i neosaksitoksyny (PSP) nazwa pochodzi od małża Saxidomus giganteus, z którego zostały wyizolowane; pierwsze doniesienie pochodzi z 1793 r. z Kanady; toksyny produkowane są przez sinice słodkowodne: Aphanizomenon, Anabena, Lyngbya oraz bruzdnice: Alexandrium, Gymnodinium, Pyrodinium; zakwity te występują w Ameryce Południowej, Brazylii, Europie, na Alasce, w Australii; objawy zatrucia to: drżenie mięśni, zachwianie równowagi, sinienie, śmierć w wyniku uduszenia; saksitoksyny są jedną z najbardziej niebezpiecznych biotoksyn, której toksyczność jest 1000 razy większa od cyjanku potasu

BMAA   jest jedną z przyczyn neurodegeneracyjnej choroby, która występuje wsród ludności zamieszkującej wyspę Guam (Oceania)

Dermatotoksyny zalicza się do nich:   - lyngbyatoksyny - aplysiatoksyny - LPS

Dermatotoksyny działają miejscowo, w wyniku zetknięcia skóry lub błony śluzowej z toksyczną substancją i powodują reakcje uczuleniowe i podrażniające skórę. Toksyny produkowane są przez: Lyngbya, Schizothrix, Oscillatoria, a objawy to: rumień, swędzenie, pieczenie, obrzęk, zaczerwienienie, pęcherze, które pojawiają się po kilku godzinach po kontakcie z wodą. Są szczególnie niebezpieczne dla osób uprawiających sporty wodne lub ludzi pracujących w kontakcie z wodą. Efektem podrażnień skóry może być kostium kąpielowy, w którego porach materiału mogą znajdować się komórki sinic

LPS lipopolisacharyd, który jest składnikiem zewnętrznej warstwy ściany komórkowej wszystkich bakterii gram ujemnych, a który u sinic tworzy kompleksy z białkiem i fosfolipidami; objawy zatrucia to: zaburzenia żołądkowo-jelitowe, podrażnienia skóry i oczu, reakcje alergiczne np. nieżyt błony śluzowej nosa, astma, gorączka

Cytotoksyny: toksyny, które powodują uszkodzenia nowotworowe komórek i nie ograniczają się do określonego narządu czy tkanki, objawy zatrucia są uogólnione, wielonarządowe

Cytotoksyny zaliczamy do nich: - scytoficyny - cyanobakteryny - hapalindol A - akutificyna - cylindrospermopsyna (CYN)

Wpływ na zwierzęta   Wrażliwość na działanie toksyczne sinic (w kolejności malejącej):   krowy, świnie, psy ptaki ryby

najczęściej skutkiem zatrucia jest uszkodzenie wątroby spowodowane spożyciem wody w której wystąpił zakwit sinic: Microcystis, Nodularia, Oscillatoria; innym skutkiem jest ostre zatrucie neurologiczne, połączone z zatrzymaniem oddychania spowodowane zakwitem sinic: Anabaena, Aphanizomenon, Oscillatoria

Wpływ na człowieka najpoważniejszy wypadek został opisany w Brazylii, gdzie zmarło 56 osób z 130 poddanych dializie wodą, która była skażona mikrocystnami; w Australia spożywanie skażonej wody przez tydzień u 140 osób (w większości dzieci) spowodowało wymioty, powiększenie wątroby, zaburzenia w pracy nerek; w Rodezji w latach 1960 -65 notowano okresowe zaburzenia żołądkowo-jelitowe u dzieci, które następnie przypisano działaniu zakwitów rocznych Microcystis w jeziorze, z którego woda była wykorzystywana do celów pitnych

odnotowano 26 przypadków zatrucia w następstwie spożycia wody o pochodzeniu powierzchniowym i opadowym, w którym nastąpił zakwit Anabaena – objawami były zmiany chorobowe na skórze; działanie ”rekreacyjne” – objawy to migrena, wymioty, bóle mięśniowe w wyniku pływania w jeziorze w którym wystąpił zakwit sinic

Podsumowanie:   - nie wszystkie gatunki cyjanobakterii wystepujące masowo tworzą toksyczne zakwity; - nie każdy gatunek sinic zdolny do produkcji toksyn syntetyzuje szkodliwe substancje; - jeżeli stwierdzi się, że zakwit tworzą gatunki sinic mogące produkować toksyny, to należy wykonać dodatkowe badania chemiczne, immunologiczne, genetyczne by stwierdzić, czy szczep danego gatunku produkuje toksyny