• Читателям
  • Авторам
  • Партнерам
  • Студентам
  • Библиотекам
  • Рекламодателям
  • Контакты
  • Язык: English version
5936
Кризис на Байкале: некоторые виды цианобактерий, заросли которых обнаружены на дне озера, синтезируют токсины, опасные для здоровья и жизни человека и животных
Биология

Кризис на Байкале: некоторые виды цианобактерий, заросли которых обнаружены на дне озера, синтезируют токсины, опасные для здоровья и жизни человека и животных

Тревожная экологическая ситуация на Байкале, связанная с его многолетним скрытым загрязнением сточными водами, беспокоит ученых, начиная с 2010 г. Первыми зримыми симптомами наступающего кризиса стало чрезмерное развитие нитчатой водоросли – спирогиры, а также заболевание эндемичных байкальских губок-фильтраторов. Но не меньшую тревогу в последнее годы вызывает бурное «цветение» цианобактерий, некоторые виды которых синтезируют токсины, представляющие угрозу для здоровья животных и человека 

Цианобактерии, или, как их не совсем точно называют, синезеленые водоросли, являются важным и неотъемлемым компонентом структуры и пищевых цепей водоемов, производя органическое вещество и фиксируя атмосферный азот. Однако в некоторых случаях – при повышении температуры, отсутствии интенсивного перемешивания воды и увеличенном поступлении биогенных элементов, таких как фосфор и азот, – они начинают стремительно увеличивать свою биомассу. Именно цианобактерии чаще всего служат виновниками так называемого «цветения» водоема как в поверхностных, так и придонных слоях воды.

Во многих местах прибрежной зоны Байкала его обычные подводные пейзажи с доминированием стройных ветвистых силуэтов губок, резко изменились: и донный грунт, и сами губки теперь покрыты цианобактеральными обрастаниями

Цианобактерии или синезеленые водоросли – одна из древнейших групп фотосинтезирующих организмов, входящих в надцарство прокариотов (доядерных организмов). В подходящих условиях цианобактерии начинают стремительно наращивать биомассу, вызывая так называемое «цветение» воды. Затем наступает фаза массового отмирания, после чего качество воды резко ухудшается: в ней уменьшается содержание кислорода и накапливаются токсичные метаболиты, в результате чего водоем может стать непригодным для обитания животных и использования людьми

В последние годы исследователи Лимнологического института СО РАН (Иркутск) стали отмечать нехарактерное для Байкала бурное развитие цианобактерий на дне озера. Подводные съемки в прибрежной зоне пос. Листвянка и Большие Коты зафиксировали настоящие заросли цианобактерий, которые колонизировали самые разные субстраты: грунты, выходы коренных пород и даже массу из отмерших зеленых водорослей. Никогда прежде на дне озера не отмечалось такой «интервенции» цианобактерий, среди которых встречаются как известные, так и новые для Байкала виды. Более того, цианобактерии в массовом количестве были обнаружены даже на эндемичных байкальских губках, как здоровых, так и больных и погибших (Экологический кризис на Байкале: ученые ставят диагноз). На вопрос о причинах этого необычного явления еще предстоит ответить.

Особую тревогу лимнологов в связи с происходящим вызывает тот факт, что некоторые виды цианобактерий синтезируют опасные токсины, концентрации которых в воде в случае бурного «цветения» могут достигать уровня, угрожающего жизни и здоровью животных и человека. Наиболее опасными токсинами являются сакситоксин и микроцистины: их содержание в воде не должно превышать предельно допустимые концентрации, установленные ВОЗ.

Мониторинг цианотоксинов на Байкале ведется с 2005 г., и в 2010 г. в пробах планктона было впервые обнаружено присутствие микроцистинов и сакситоксина, но в концентрациях, не превышающих ПДК (Белых и др., 2015а, б). Оказалось, что «цветению» токсичных цианобактерий наиболее подвержена мелководная прибрежная зона вблизи населенных пунктов и мест концентрации туристических баз. 

Благодаря сканирующей электронной микроскопии в теле больной байкальской губки можно увидеть нитчатые цианобактерии, проникшие между спикулами – скелетными элементами губок

Сакситоксин – самый ядовитый из 57 вариантов паралитических токсинов моллюсков (PST), названных так потому, что отравление ими впервые было зафиксировано после употребления в пищу моллюсков и сопровождалось параличами мышц, включая дыхательную мускулатуру. Долгое время единственными продуцентами этих токсинов считались морские динофитовые водоросли, вызывающие обширные «цветения», известные как «красные приливы», сейчас же установлено, что их производят и некоторые виды цианобактерий. В морях эти токсины накапливаются в моллюсках и других организмах, поедающих водоросли. В случае пресных водоемов можно отравиться, используя воду для питья, или если вода попадет в организм во время купания. Микроцистины – токсины, продуцируемые некоторыми видами цианобактерий, – нарушают работу клеток печени и вызывают острое отравление с симптомами расстройства пищеварительной системы. На сегодня известно около 80 структурных вариантов этого токсина

В сентябре 2015 г. во время совместной экспедиции ЛИН СО РАН с представителем московской компании «Стайлаб» были отобраны пробы донных обрастаний для исследований на пять типов цианотоксинов. Молекулярно-генетическая диагностика показала присутствие генов, определяющих синтез этих токсинов, практически во всех пробах. Методом масс-спектрометрии в байкальских цианобактериях были идентифицированы шесть вариантов микроцистинов и восемь – паралитических токсинов моллюсков, включая сакситоксин. Однако их концентрация в биомассе цианобактерий, измеренная с помощью иммуноферментного анализа, оказалась невысокой, а в пробах воды из Лиственничного залива токсины вообще не были обнаружены.

На этом масс-спектре экстракта одного из образцов цианобактериальных обрастаний из прибрежной зоны около пос. Большие Коты отмечено присутствие сакситоксина  - одного из самых токсических для человека соединений, производимых этими организмами

Таким образом, результаты работы иркутских лимнологов показали, что «цветение» токсичных донных цианобактерий в Байкале на сегодняшний день не представляет опасности для человека. И все-таки не обращать внимания на этот «дамоклов меч», занесенный над озером, не стоит, ведь, судя по последним данным зарубежных коллег, цианотоксины могут стать у человека причиной не только неприятных высыпаний на коже и печеночной недостаточности, но и … нейродегенеративных заболеваний, напоминающих болезнь Альцгеймера (Cox et al., 2016).

Эта история началась в 1950-х гг., когда один из медиков армии США описал загадочное заболевание среди коренных жителей тихоокеанского острова Гуам. Болезнь, сходная с боковым амиотрофическим склерозом, болезнью Паркинсона и болезнью Альцгеймера, поражала только аборигенов и людей, тесно с ними сблизившихся. Болезнетворный агент стали искать в окружающей среде, однако путь к разгадке занял не одно десятилетие.

В 1960-х гг. было выдвинуто предположение, что во всем виновата мука для лепешек из семян саговника, а также мясо крыланов, которые питаются теми же семенами. Оказалось, что семена саговника, действительно, содержат нейротоксичную аминокислоту бета-метиламино-L-аланин (BMAA), что и было доказано в 1980-х гг. в экспериментах на макаках. Однако в начале 2000-х гг. стало ясно, что семена саговника ядовиты не сами по себе: токсин BMAA производят симбионты саговника – цианобактерии рода Nostoc.

Более того: оказалось, что этот токсин способны продуцировать и другие таксоны цианобактерий, а опасность таит в себе не только вода в местах их «цветения», но и рыба и моллюски, в чей рацион они входят. BMAA был обнаружен даже в песке в пустыне в аравийском эмирате Катар, из-за чего его посчитали виновником повышенной заболеваемости боковым амиотрофическим склерозом у участников операции «Буря в пустыне».

Американские ученые из Университета Майами и Института этномедицины в Джексон-Хоуле (Вайоминг), изучив механизм повреждающего действия BMAA, обнаружили, что он легко проходит гематоэнцефалический барьер и аккумулируется в центральной нервной системе, где оказывает токсическое воздействие на нейроглию («служебные» клетки нервной ткани) и убивает определенные субпопуляции двигательных нейронов. Также было показано, что BMAA может ошибочно включаться в молекулы белков вместо аминокислоты L-серина, в результате чего меняется их структура и поведение.

Чтобы подтвердить гипотезу о болезнетворном действии BMAA и проверить L-серин в качестве потенциального лекарства, были проведены эксперименты на обезьянах- верветках. Спустя 3,5 месяца мозг обезьян, получавших BMAA, демонстрировал признаки нейродегенеративных изменений – нейрофибриллярные клубки и отложения амилоида. У животных, дополнительно получавших L-серин, изменения были менее выражены. В США уже одобрено проведение первой фазы клинических испытаний L-серина на людях, больных боковым амиотрофическим склерозом; на очереди – аналогичные клинические испытания на пациентах с болезнью Альцгеймера.

К счастью, как уже говорилось выше, людям, живущим на берегах Байкала, пока не грозит участь аборигенов Гуама. Однако нарастающие изменения в структуре и составе донных и планктонных биоценозов прибрежной зоны озера являются весомым аргументом в необходимости детального и интенсивного мониторинга цианотоксинов по всей акватории Байкала и особенно вблизи плотнозаселенных береговых районов. 

Публикация по материалам исследований сотрудников ЛИН СО РАН О.И. Белых, И.В. Тихоновой, А.В. Кузьмина, Г.А. Федоровой, Е.Г. Сороковиковой, И.В. Ханаева, А.В.Галкина («Стайлаб», Москва), а также данным с сайтов
www.lakescientist.com и http://rspb.royalsocietypublishing.org

Подготовли Мария Перепечаева и Лариса Овчинникова

Понравилось? Поделись с друзьями!

Подпишись на еженедельную e-mail рассылку!

comments powered by HyperComments