Мікроцистини

Озеро Ері у жовтні 2011 року підчас інтенсивного цвітіння ціанобактерій[1][2]

Мікроцистини або ціаногінозини — клас токсинів, що виробляються певними прісноводними ціанобактеріями[3]. На даний момент відкрито понад 50 різних мікроцистинів, із яких мікроцистин-LR є найпоширенішим. З точки зору хімії, вони є циклічними гептапептидами, виробленими завдяки синтазі нерибосомних пептидів.

Ціанобактерії можуть виробляти мікроцестин у великих кількостях під час цвітіння вод, що становлять серйозну загрозу для питної та зрошувальної води і навколишнього середовища загалом[4][5].

Характеристика

Хімічна структура мікроцистину-LR

Мікроцистини — клас токсинів[6] , що виробляються певними прісноводними ціанобактеріями; насамперед Microcystis aeruginosa, але також і іншими Microcystis та представниками родів Planktothrix, Anabaena, Oscillatoria і Nostoc[7].

Мікроцистин-LR є найтоксичнішою формою з понад 80 відомих токсичних варіантів, і одночасно є найвивченішим хіміками, фармакологами, біологами й екологами. Мікроцистиновмісне 'цвітіння' є проблемою для багатьох регіонів світу, включаючи Китай, Бразилію, Австралію, Південну Африку[8][9][10][11][12][13][14][15], США та велику частину Європи. Гребля Гартбіспорт у Південній Африці є одним з найзабрудненіших місць в Африці і, можливо, у світі.

Мікроцистини містять декілька незвичних непротеїногенних амінокислот, таких як похідні дегідроаланіну і незвичну β-амінокислоту ADDA^[en]. Мікроцистини з'єднуються ковалентним зв'язком із протеїнфосфатазами PP1 і PP2, пригнічуючи їх, і, таким чином, можуть викликати панстеатит[16].

Вплив на людське здоров'я

Мікроцистини не руйнуються стандартними протеазами, як пепсин, трипсин, колагеназа і хімотрипсин, через їхню циклічну хімічну природу[17]. Вони є гепатотоксинами, тобто здатні завдати серйозної шкоди печінці. Після ковтання мікроцистин потрапляє в печінку через систему транспортування жовчних кислот, де залишається більша його частина, хоча частина все ще залишається в кровотоці і може забруднити інші тканини[18][19]. Гострими наслідками для здоров'я від мікроцистину-LR є біль у животі, блювота та нудота, діарея, головний біль, утворення пухирців навколо рота, а після вдоху біль у горлі, сухий кашель та пневмонія[20][21].

Дослідження показують, що всмоктування мікроцистинів відбувається в шлунково-кишковому тракті[22]. Крім того, було виявлено, що ці гепатотоксини пригнічують активність білкових ферментів фосфатази РР1 і РР2, викликаючи геморагічний шок, і було встановлено, що вони вбивають протягом 45 хвилин у дослідженнях на мишах[23].

Виявляється, застосування Рекомендацій EPA для оцінки ризику канцерогенезу недостатньо для оцінки канцерогенного потенціалу мікроцистинів. Кілька досліджень показують, що може існувати взаємозв'язок між раком печінки і колоректальним раком та появою ціанобактерій у питній воді в Китаї[24][25][26][27][28][29]. Однак докази обмежені через обмежені можливості точної оцінки та вимірювання впливу.

Примітки

1. Michael Wines (14 березня 2013). Spring Rain, Then Foul Algae in Ailing Lake Erie. The New York Times. Архів оригіналу за 15 січня 2022. Процитовано 15 січня 2022.
2. Joanna M. Foster (20 листопада 2013). Lake Erie is Dying Again, and Warmer Waters and Wetter Weather are to Blame. ClimateProgress. Архів оригіналу за 3 серпня 2014. Процитовано 15 січня 2022.
3. Архівована копія. Архів оригіналу за 15 січня 2022. Процитовано 15 січня 2022.
4. Paerl H. W., Huisman J. (лютий 2009). Climate change: a catalyst for global expansion of harmful cyanobacterial blooms. Environmental Microbiology Reports. 1 (1): 27—37. doi:10.1111/j.1758-2229.2008.00004.x. PMID 23765717.
5. Increasing toxicity of algal blooms tied to nutrient enrichment and climate change. Oregon State University. 24 жовтня 2013. Архів оригіналу за 2 липня 2016. Процитовано 15 січня 2022.
6. Dawson, R.M (1998). the toxicology of microcystins. Toxicon. 36 (7): 953—962. doi:10.1016/S0041-0101(97)00102-5. PMID 9690788.
7. Ramsy Agha, Samuel Cirés, Lars Wörmer and Antonio Quesada (2013). Limited Stability of Microcystins in Oligopeptide Compositions of Microcystis aeruginosa (Cyanobacteria): Implications in the Definition of Chemotypes. Toxins. 5 (6): 1089—1104. doi:10.3390/toxins5061089. PMC 3717771. PMID 23744054.
8. Bradshaw D., Groenewald P., Laubscher R., Nannan N., Nojilana B., Norman B., Pieterse D., Schneider M. (2003). Initial Burden of Disease Estimates for South Africa, 2000 (PDF). Т. 93, № 9. Cape Town: South African Medical Research Council. с. 682—688. ISBN 978-1-919809-64-9. PMID 14635557. Архів оригіналу (PDF) за 3 березня 2016. Процитовано 15 січня 2022. {{cite book}}: Проігноровано |journal= (довідка)
9. Fatoki, O.S., Muyima, N.Y.O. & Lujiza, N. 2001. Situation analysis of water quality in the Umtata River Catchment. Water SA, (27) pp. 467—474.
10. Oberholster P. J., Botha A. M., Cloete T. E. (2005). An overview of toxic freshwater cyanobacteria in South Africa with special reference to risk, impact, and detection by molecular marker tools. Biokemistri. 17 (2): 57—71. doi:10.4314/biokem.v17i2.32590. Архів оригіналу за 15 січня 2022. Процитовано 15 січня 2022.
11. Oberholster P. J., Botha A. M. (2007). Use of PCR based technologies for risk assessment of a winter cyanobacterial bloom in Lake Midmar, South Africa. African Journal of Biotechnology. 6 (15): 14—21. Архів оригіналу за 15 січня 2022. Процитовано 15 січня 2022.
12. Oberholster, P. 2008. Parliamentary Briefing Paper on Cyanobacteria in Water Resources of South Africa. Annexure «A» of CSIR Report No. CSIR/NRE/WR/IR/2008/0079/C. Pretoria. Council for Scientific and Industrial Research (CSIR).
13. Oberholster, P.J.; Cloete, T.E.; van Ginkel, C.; Botha, A-M.; Ashton, P.J. (2008). The use of remote sensing and molecular markers as early warning indicators of the development of cyanobacterial hyperscum crust and microcystin-producing genotypes in the hypertrophic Lake Hartebeespoort, South Africa (PDF). Pretoria: Council for Scientific and Industrial Research. Архів оригіналу (PDF) за 11 серпня 2014.
14. Oberholster, P.J.; Ashton, P.J. (2008). State of the Nation Report: An Overview of the Current Status of Water Quality and Eutrophication in South African Rivers and Reservoirs (PDF). Pretoria: Council for Scientific and Industrial Research. Архів оригіналу (PDF) за 8 серпня 2014.
15. Turton, A.R. 2015. Water Pollution and South Africa's Poor. Johannesburg: South African Institute of Race Relations. http://irr.org.za/reports-and-publications/occasional-reports/files/water-pollution-and-south-africas-poor [Архівовано 12 березня 2017 у Wayback Machine.]
16. Barnett A. Rattner, Glenn H. Olsen, Peter C. McGowan, Betty K. Ackerson, and Moira A. McKernan. Harmful Algal Blooms and Bird Die-offs in Chesapeake Bay: A Potential Link?. Patuxent Wildlife Research Center. Архів оригіналу за 5 березня 2013. Процитовано 15 січня 2022.
17. Somdee, Theerasak; Thunders, Michelle; Ruck, John; Lys, Isabelle; Allison, Margaret; Page, Rachel (2013). Degradation of [Dha7]MC-LR by a Microcystin Degrading Bacterium Isolated from Lake Rotoiti, New Zealand. ISRN Microbiology. 2013: 1—8. doi:10.1155/2013/596429. PMC 3712209. PMID 23936728.
18. Falconer, Ian R. (1998). Algal Toxins and Human Health. У Hrubec, Jiři (ред.). Quality and Treatment of Drinking Water II. The Handbook of Environmental Chemistry. Т. 5 / 5C. с. 53—82. doi:10.1007/978-3-540-68089-5_4. ISBN 978-3-662-14774-0.
19. Falconer, I.R. 2005. Cyanobacterial Toxins of Drinking Water Supplies: Cylindrospermopsins and Microcystins. Florida: CRC Press. 279 pages.
20. What health risks do humans face as a result of exposure to cyanotoxins? [Архівовано 22 квітня 2019 у Wayback Machine.] EPA, отримано 12 листопада 2018
21. Azevedo, Sandra M.F.O, Wayne W Carmichael, Elise M Jochimsen, Kenneth L Rinehart, Sharon Lau, Glen R Shaw, and Geoff K Eaglesham. 2002. “Human Intoxication by Microcystins During Renal Dialysis Treatment in Caruaru—Brazil.” Toxicology (Amsterdam) 181. 441–446.
22. Funari E, Testai E. 2008. Human health risk assessment related to cyanotoxins exposure. Critical Reviews in Toxicology. 38(2). 97–125
23. Carmichael, W.W. 1992. Cyanobacteria secondary metabolites: The cyanotoxins. J. Appl. Bacteriol. 72, 445—459
24. Humpage A. R., Hardy S. J., Moore E. J., Froscio S. M., Falconer I. R. (Жовтень 2000). Microcystins (cyanobacterial toxins) in drinking water enhance the growth of aberrant crypt foci in the mouse colon. Journal of Toxicology and Environmental Health, Part A. 61 (3): 155—65. doi:10.1080/00984100050131305. PMID 11036504.
25. Ito E., Kondo F., Terao K., Harada K. (Вересень 1997). Neoplastic nodular formation in mouse liver induced by repeated intraperitoneal injections of microcystin-LR. Toxicon. 35 (9): 1453—7. doi:10.1016/S0041-0101(97)00026-3. PMID 9403968.
26. Nishiwaki-Matsushima R., Nishiwaki S., Ohta T. та ін. (Вересень 1991). Structure-function relationships of microcystins, liver tumor promoters, in interaction with protein phosphatase. Japanese Journal of Cancer Research. 82 (9): 993—6. doi:10.1111/j.1349-7006.1991.tb01933.x. PMC 5918597. PMID 1657848.
27. Ueno Y., Nagata S., Tsutsumi T. та ін. (Червень 1996). Detection of microcystins, a blue-green algal hepatotoxin, in drinking water sampled in Haimen and Fusui, endemic areas of primary liver cancer in China, by highly sensitive immunoassay. Carcinogenesis. 17 (6): 1317—21. doi:10.1093/carcin/17.6.1317. PMID 8681449.
28. Yu S-Z (1989). Drinking water and primary liver cancer. У Z.Y. Tang; M.C. Wu; S.S. Xia (ред.). Primary Liver Cancer. New York: China Academic Publishers. с. 30—7. ISBN 978-0-387-50228-1.
29. Zhou L., Yu H., Chen K. (Червень 2002). Relationship between microcystin in drinking water and colorectal cancer. Biomedical and Environmental Sciences. 15 (2): 166—71. PMID 12244757.