Levakasvu. Syanobakteereista

Vår Föda lehti kirjoitti artikkelin sinilevistä eli syanobakteereista 1997. Tämä lehti kuului dietetiikan opintojen lähdekirjallisuuteen 1998-2001 aikaan kun luin dietetiikkaa.

Alkuosa artikkelia tässä suomennettuna.

Otsikko: Cyanobakterier - blågröna alger

LÄHDE: Ulla Beckman Sundh. Vår Föda 1/1997 (päivityksiä 990415 ja tammikuussa 2002 Toxikologiska enheten, Livsmedelsverket

Hakusana ”Cyanobakterer”, Vår Föda ”

Suomennosta keskiviikko, 27. kesäkuuta 2007 21:46

CYANOBAKTEERIT eli sinilevät

”Sinilevät” ovat organismeja, joita löytää ennen kaikkea makeasta ja murtovedestä.. Ne ovat yksisoluisia mikro-organismeja, joita esiintyy vapaana vesissä. Joissain lajeissa muodostuu soluista ketjuja tai kolonioita, mutta nekään eivät ole silminnähtäviä vaan mikroskooppisia, ellei nyt sitten leväkasvu ole massiivista. Toimintaa tarkastellen syanobakteerit ovat levien kaltaisia, mutta niistä puuttuu kuten bakteereistakin solutuma ja siinä suhteessa ne kuuluvat bakteereihin. Sentakia näitä nimitetäänkin nykyisin mieluiten syanobakteereiksi kuin siniviheriöiksi leviksi. Useimmat syanobakteerit ovat siniviheriöitä.

Cyanobakteerien väri

Väriä niihin tulee niiden sisältämästä KLOROFYLLISTÄ ja fotosynteettisistä pigmenteistä, FYKOBILIINEISTÄ. Erään luokan FYKOBILIINEJÄ sanotaan FYKOSYANIINEIKSI. FYKOSYANIINI antaa yhdessä KLOROFYLLIN kanssa sinivihervää väriä, mikä on syanobakteereille tyypillinen. Mutta on myös sellaisia syanobakteereita, joiden sisältämä pigmentti on nimeltään FYKOERYTRIINI ja se on punainen fykobiliini. Nämä syanobakteerit saavat punaisen tai ruskean värin.

Fotosyntesi hyödyntää sekä CO2 että N2 ja vapauttaa happikaasua

Syanobakteerit fotosyntetisoivat eli ne pystyvät muuttamaan auringon energiaa kemialliseksi energiaksi ja siinä prosessissa ne vapauttavat happikaasua. CO2 eli hiilidioksidi on pääasiallisin hiilimolekyylin lähde näille fotosyntetisoiville syanobakteereille, mutta jotkut lajit pystyvät hyödyntämään myös orgaanista hiiltä. Eräät lajit ovat typpeä fiksaavia ( Nitrogenum, N), mikä merkitsee sitä, että ne pystyvät yhteyttämään ( assimiloimaan) fotosynteesissä myös typpikaasua (N2).

Maapallon alkuhappi muodostui syanobakteerien avulla.

Nykyisten syanobakteerien kaltaisten mikro-organismien FOSSIILIT, joita kallioista löytyy, ovat 2.5 miljardia ( eli 2500 miljoonaa) vuotta vanhoja elioitä ja aikoinaan ne ovat olleet hallitsevin elämänmuoto maan historian laajojen jaksojen aikana. Uskottavinta on, että syanobakteerin tehtävänä on ollut kehkeyttää maapallon happiatmosfäärin alku noin 2000 miljoonaa vuotta siten ( 2 miljardia vuotta sitten).

Sinileväkukintaa

Sinikukintaa tapahtuu, kun syanobakteerien kasvuolosuhteet ovat niille suotuisat. Silloin voi nähdä liemimäistä kasvustoa ja ohikelluvia hajoavia levämassan riekaleina. Leväkukintaa suosii tyvenet tuulettomat melko lämpimät vedet ( 15- 30 asteiset) ja hyvä fosforin, typen tai ammoniakin saatavuus. Yllämainitut elementit ovat elollisten organismien tärkeitä ravintoaineita. Niinpa lannoitteitten iso kertyminen järviin ja rannikoille edistää syanobakteerien kukintaa. Leväkasvun ei välttämättä tarvitse näkyä pintaan, mutta koska organismilla on tarvetta auringonvalosta, niin sitä havaitsee useinkin vesipintojen tienoossa varsinkin veden ollessa niin sameaa ja orgaanisia aineita sisältävää, ettei aurinko pääse tunkeutumaan säteineen syvempään. Syanobakteereilla on kellukkeena eräänlainen ilmakupla, jolla ne voivat nousta ja laskeutua asettuen optimaalisiin kasvuolosuhteisiin. Tuulet ja virtaukset voivat pakata syanobakteereita rantojen lähelle.

Ruotsin luonnonsuojeluvirasto on raportoinut järvien paikallisten fosforipitoisuuksien jakaumista ja antanut ennusteita mahdollisuuksista levä- tai syanobakteerikasvuston ilmenemisiin. Raportisa on myös dokumentoiduista toksisten syanobbakteerien esiintymisistä. Vaikka toksisia leväkukintoja voi esiintyä ravintoköyhissäkin järvissä, niin suurin osa ongelmajärviä on E-Ruotsin tasanko- ja maanviljelysseutujen järvet.

Kts. Suomi: http://www.miljo.fi/algsituationen

Myrkylliset sinileväkukinnat

Moni syanobakteerilaji tuottaa toksiineja ja niitä taas on useita. Kauan on pidetty toksiineja syanobakteerien toissijaisina aineenvaihdunnallisina välituotteina, koska energiaa vaativat prosessit tapahtuvat useassa vaiheessa. Toksiinien merkitystä syanobakteereille on pohdittu, eikä sitä ole varmuudella määritelty, mutta arvellaan syanobakteerien saavan niistä etuja. Jo niitten synteesitie on komplisoitunut, joten senkin takia niitä ei varmaan vain sattumoisin kehity, vaan niistä on syanobakteerille jokin hyöty. Kasvikunnan puolelta tiedetään, että sekundäärimetaboliitit saattavat toimia kemiallisena kommunikaattorina tai kemiallisena taistelumuotona. Ne voivat toimia myös pakkassuojana tai ravintovarastona. Eräs mahdollisuus on sekin, että ne antavat kasville mahdollisuutta sopeutua päivänvaloon tai yöhön tai eri vuodenaikoihin. Ne voivat myös suojata syöviltä eläimiltä, itikoilta tai mikro-organismeilta.

Syanobakteeeritoksiinit

Näitä muodostuuu syanobakteerisolun sisällä ja niitä joutuu ympäröivään veteen organismin kuollessa tai rikkoutuessa. Voi olla, että solu alkaa vuotaa toksiineja ikääntyessään tai muista syistä, mitkä muuntavat soluseinämän läpäisevyyttä. Luonnossa tällainen toksiini hajoaa muutamassa päivässä tai viikossa, mutta steriileissä olosuhteissa voi tällainen toksiini varastoitua useita vuosia. Jos ihminen tai eläin saa kokonaisia syanobakteereja kehoonsa, toksiineja vapautuu ruoansulatuskanavassa.

Tunnettuja, toksiineja tuottavia syanobakteerilajeja, Cyanophyceae spp.

Leväkukinnoista noin puolet tuottavat toksiineja. Ei tiedetä tarkasti, mistä syystä toiset leväkukinnot tuottavat toksiineja ja toiset eivät. Jopa sama laji voi tietyssä järvessä tuottaa toksiineja, mutta toisessa järvessä ei. Leväkukinnon toksisuuskin voi vaihdella päivästä toiseen, jopa tunnista toisen. Ruotsissa todetut toksiset leväkukinnot ovat peräisin seuraavista lajeista:

ANABAENA ( (filamentous)

A.flos-aquae, A. farciminiformis,

APHANIZOMENON

Aph. flos-aquae, Aph. Grazile

MICROCYSTIS ( non-filamentous type)

M. aeruginosa, M. wesenbergii, M. viridis

OSCILLATORIA (filamentous type)

O. agardhii , O. sancta.

Lisätietoa:

http://www.biologydiscussion.com/algae/cyanophyceae-characteristics-occurrence-and-classification/46739

Syanobakteerien toksiinityypeistä

• LPS

Lipopolysakkariditoksiini soluseinämistä lie syy mahasuolitaudin puhkeamisiin, kontaktiallergiaoireisiin ja muihin immunogeenisiin reaktioihin. Tällainen altistus voi tulla levävesissä uimisista tai syanobaktereja sisältävän veden juomisesta. LPS esiintyy usein Gramnegatiivisten bakteereitten soluseinämän kalvossa ja näihin kuuluu myös syanobakteerit. LPS muodostaa kompleksin valkuaisaineitten ja fosfolipidien kanssa. Levien LPS antaa tosin yleensä heikomman reaktion kuin eräät gramnegatiiviset bakteerit kuten Salmonella. On hyvin niukkaa dokumentaatiota syanobakteerien lipopolysakkarideista (LPS) ja tarvittaisiin lisätutkimuksia sen kemiallisesta rakenteesta, stabiliteetista ja vaikutuksista, jotta voidaan arvioida, minkä asteista vaikutusta syanobakteerien LPS aiheuttaa ihmisissä ja eläimissä.

• Hermomyrkyt anatoksiinit ja saxitoksiinit

Anatoksiini on alkaloidi, sekundäärinen amini, jota muodostaa leväsuvut Anabaena, Oscillatoria, Aphanizomenon ja Cylindrospermum.

Homoanatoksiini on rakenteeltaan paljon edellisen kaltainen ja sitä muodostaa Oscillaria formosa.

Anatoksiini-a ja homoanatoksiini-a vaikuttavat solutasossa samaan tapaan kuin kehon oma asetyylikoliini (AK). Asetyylikoliini mm vapautuu hermopäätteistä lihassoluihin, mistä lihas supistuu. Sitten asetyylikoliiniesteraasi (ACE) hajoittaa asetyylikoliinin (AK) ja lihas pääsee relaksoitumaan, kunnes uusi impulssi tulee.

Anatoksiini-a ja anatoksiini-b vaikuttavat myös samalla tavalla kuin AK siten, että lihas supistuu, mutta entsyymi ACE ei pysty hajoittamaan niitä ja tämä seikka johtaa lihaksen ylistimuloitumiseen. Tuloksena on lihanykäyksiä, kunnes lihas uupuu ja lamaantuu. Jos tämä kohtaa hengityslihaksistoa, voi myrkytyksen saanut ihminen kuolla tukehtumisen.

Anatoksiini-a (S) on sellainen alkaloidi, joka on myös fosfaattiesteri ja sitä muodostaa Anabaena-suku. Myrkytyksessä aine antaa saman oireen kuin anatoksiini-a ja homnoanatoksiini-a, mutta johtuen siitä, että se estää asetyylikoliiniesteraasia, jolloin kehon oma AK aines ei hajoa, vaan jää jäljelle aiheuttaen lihasten ylistimuloitumista.

Saxitoksiinit ovat alkaloideja, joita muodostavat suvut Anabaena ja Aphanizomenon. Saxitoksiini ja neosaxitoksiini blokeeraavat Na+kanavia hermoissa, mikä aiheuttaa, että hermoimpulssit eivät pääse kulkeutumaan edelleen . Kun mitään hermoimpulssia ei kulje, ei pääse asetyylikoliinia (AK) erittymään hermon toisesta päädystä, eikä lihassolut saa impulsseja supistumiseen, mikä johtaa velttohalvaukseen (paralyysiin) . Tällaisesta kuten muista hermotoksiineista voi myrkytyksen saanut henkilö tukehtua, jos hengitylihaksisto altistuu.

(Huom: Myös meren DINOFLAGELLAATAT voivat tuottaa SAXITOKSIINEJA ja aiheuttaa kotiloperäisiä myrkytyksiä, joita kutsutaan nimellä PSP paralyyttinen simpukka- ja kuoriaiseläinmyrkytys, paralytic shellfish poisoning ( marine toxins)

• Maksamyrkylliset mikrokystiinit ja nodulariinit

Globaalisesti ottaen nämä ovat syanobakteerien tavallisimmat toksiinit. Maksatoksiinit ovat rinkulan muotoisia peptideitä . Mikrokystiinit käsittävät 7 aminohapon heptapeptidejä.

Nodulariinit ovat 5 aminohapon pentapeptidejä. Näihin peptideihin kuuluvat aminohappokokoomukset voivat vaihdella ja nykyään tunnetaan yli 50 mikrokystiiniä ja vajaat kymmenen nodulariinia. Käytetään kirjain merkintää rakenteeseen osallistuvista aminohapoista. Esim. mikrokystiini-LR sisältää erityisissä asemissaan leusiinia (L) ja arginiinia (R). Mikrokystiinejä muodostaa suvut Microcystis, Anabaena ja Oscillatoria.

Nodulariineja muodostaa Nodularia spumigena. Toksiineille on yhteistä, että niissä on erityinen aminohappo ADDA ( (2S, 3S, 8S, 9S)-3-Amino-9-methoxy-2,6,8-trimethyl-10-phenylDeca-4,6-Dienoic Acid). Mikrokystiinit ja nodulariinit ovat stabiileja ja hyvin vesiliukoisia.

Maksatoksiinien kuljetus kehossa tapahtuu samaan tapaan kuin sappisuolojen, mistä todennäköisesti johtuu, että vauriot ovat juuri maksassa. Toksiinien vesiliukoisuus vaikuttaa, että niiden on vaikea mennä solunseinän läpi, mutta kulkeutuessaan kalvon läpi ne käyttävät samaa systeemiä, mikä kuljettaa ravintoaineita ja solusubstanssejakin. Toksiinit kiinnittyvät vahvasti proteiinifosfataaseihin. Tälle toksisuudelle välttämätön alue molekyylissä on edellä mainittu Adda-alue. Toksiinit tuhoavat maksasolujen tukirunkoa rakentavia mikrofilamentteja tällä proteiinifosfataasi-interaktiollaan ja niin solut alkavat kutistua ja menettää toimintakykyään. Maksasolut voivat myös luhistua ja niin maksakapillaarit alkavat liukua erilleen ja verta pääsee tihkumaan maksakudokseen. Verenmenetystä voi tulla niin paljon, että kehittyy verenkierrOllinen kollapsi ja henkilö voi menehtyä sisäisiin verenvuotoihin.

Maksamyrkyllisyys (hepatotoksisuus) ja mahdollinen tumorigeenisyys

On näyttöä siitäkin, että mikrokystiinit ovat akuutin toksisuuden lisäksi ajan mittaan tuumorinedistäjiä. Taustamekanismina on soluproteiinien lisääntynyt fosforyloituminen, koska proteiinifosfataasit 1A ja 2A estyvät mikrokystiinistä. Proteiinien fosforylaatioasteen muuttuminen voi vaikuttaa geeniteitse solukasvuun. Myös nodulariinit estävät proteiinifosfataasia. Ei tiedetä vielä, onka tällä ihmiselle merkitystä altistuksen pitkittyessä kuukausiin ja vuosiin.

Mahdollisia oireita altistuksesta

Järvien ja niiden ympäristän fauna vaikuttuu ja vapaa-ajantoiminta kärsii, jos alkaa toksinen leväkukinta. Varhaisimpia tietoja syanobakteerien aiheuttamasta karjankadosta on merkattu muistiin Australiasta 1878. Viime vuosina on julkaistu tietoja koirien ja karjaeläinten kuolemantapauksista, kun ne ovat juoneet toksiinipitoista vettä tai syöneet rantojen levämassaa. Eri puolilta maailmaa on tullut myös tietoja ihmisten ilm. syanobakteerien aiheuttamista sairastumisista.

Syanobakteerien  hermo- ja maksatoksiinit ovat potentiellisti tappavia, mutta koirien kuollessa toksiinilla saastuneesta vedestä ihmiset harvemmin saavat vaarallisia myrkytyksiä. Usein nimittäin toksiinipitoinen vesi sisältää haju- ja makuaineksia, jotka inhottavat ihmistä, mutta koiraa saattaa samainen haju viehättää. Syanobakteerialtistukseen joutuneet ihmiset saavat erilaisia oirekuvia. Suoraa todistettua yhteyttä altistuksen ja oireen kesken ei voi vetää, mutta useissa tapauksissa ovat viitteet hyvinkin vahvoja.

Seuraavia yhteyksiä on kuvattu: Uimisen jälkeen kutiavaa ihottumaa, heinänuhaa, ripulia, oksennuksia, kuumetta, mahasuolitautia, nivelvaivaa, lihaskipua, päänsärkyä, keuhkotulehduksia, silmätulehduksia.

Juomavedesta tullutta mahasuolitulehdusta, kuumetta, oksentelua, ripulia, mahakipuja, pahoinvointia, heikkouden tunnetta, maksatulehdusta.

Dialyysin hteydessä kuumetta, oksennuksia, lihaskipuja, verenpaineenputoamista, maksatulehdusta, kuolemantapauksia.

On olemassa myös julkaistu oirekuvauksia, joissa on katsottu syanobakteerit syyksi.

LEVÄKASVUTILANNE SUOMESSA 2017
 
http://www.ymparisto.fi/levatilanne
 http://www.nessling.fi/symposiot/Symposio1/sivonen2.htm