научная статья по теме ИДЕНТИФИКАЦИЯ ЦИАНОБАКТЕРИЙ – ПРОДУЦЕНТОВ ПАРАЛИТИЧЕСКИХ ТОКСИНОВ МОЛЛЮСКОВ В ОЗ. БАЙКАЛ И ВОДОХРАНИЛИЩАХ Р. АНГАРА Биология

Текст научной статьи на тему «ИДЕНТИФИКАЦИЯ ЦИАНОБАКТЕРИЙ – ПРОДУЦЕНТОВ ПАРАЛИТИЧЕСКИХ ТОКСИНОВ МОЛЛЮСКОВ В ОЗ. БАЙКАЛ И ВОДОХРАНИЛИЩАХ Р. АНГАРА»

МИКРОБИОЛОГИЯ, 2015, том 84, № 1, с. 120-122

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 579.68

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ЦИАНОБАКТЕРИЙ - ПРОДУЦЕНТОВ ПАРАЛИТИЧЕСКИХ ТОКСИНОВ МОЛЛЮСКОВ В ОЗ. БАЙКАЛ И ВОДОХРАНИЛИЩАХ Р. АНГАРА

© 2015 г. О. И. Белых*, 1, А. С. Гладких*, И. В. Тихонова*, А. В. Кузьмин*, Т. А. Могильникова**, Г. А. Федорова*, Е. Г. Сороковикова*

*Лимнологический институт СО РАН, Иркутск **Федеральное государственное унитарное предприятие "Сахалинский научно-исследовательский институт

рыбного хозяйства и океанографии", Южно-Сахалинск Поступила в редакцию 30.05.2014 г.

БОТ: 10.7868/80026365615010036

Массовое развитие цианобактерий в водоемах часто приводит к появлению в воде токсинов. Самыми опасными среди них являются нейротроп-ные сакситоксин (SXT) и его аналоги, совместно названные паралитическими токсинами моллюсков (paralytic shellfish toxins, PST) [1]. В морях PST синтезируют динофитовые водоросли, в пресных водоемах — цианобактерии. Моллюски накапливают PST, попавшие к ним по пищевой цепи, и после употребления в пищу становятся причиной массовых отравлений человека, сопровождаемых симптомами поражения нервной системы. Из двух тысяч случаев PST-отравлений 15% имели летальный исход [2]. Основной путь передачи PST, продуцируемых пресноводными цианобак-териями — через питьевую воду и во время купания. Сакситоксин (триалкил-тетрагидропурин, C10H17N7O7) — высокотоксичное соединение, его ЛД50 составляет 10 мкг/кг веса [3]. К настоящему времени идентифицировано более 57 аналогов SXT [4]. PST блокируют поры натриевых каналов мембран нервных и мышечных клеток, препятствуя генерации потенциала действия, что приводит к параличу мышц, включая дыхательную мускулатуру [2, 4]. В течение 2—12 ч может произойти либо полный паралич и смерть от дыхательной недостаточности, либо пострадавшие восстанавливаются в течение нескольких дней до полного исчезновения симптомов. Несмотря на высокую токсичность PST, ВОЗ до сих пор не рекомендовала предельно допустимую их концентрацию в воде, ПДК существует только для мяса моллюсков (800 мкг STX/кг). В странах, где часты пресноводные PST-цветения, введены региональные нормативы для питьевой воды. Так в Австралии и Бразилии ПДК составляет 3 мкг SXT/л питьевой воды [1]. Синтез PST у динофитовых водорослей и цианобактерий происходит с помощью модуль-

1 Автор для корреспонденции (e-mail: belykh@lin.irk.ru).

ного мультиферментного комплекса, состоящего примерно из 26 ферментов, основным из которых является поликетидсинтаза [2].

Целью работы является поиск PST-продуци-рующих цианобактерий в оз. Байкал и водохранилищах р. Ангара с помощью маркера к гену поликетидсинтазы stxA и выявление в пробах планктона сакситоксина и его аналогов методом иммуноферментного анализа (ИФА) и масс-спектрометрии.

В оз. Байкал пробы отбирали в августе 2010 г. в прибрежной зоне заливов Баргузинский и Кур-кут (пролив Малое Море). В водохранилищах: Иркутском (около с. Патроны), Братском (около с. Ново-Долоново) и Усть-Илимском (около пос. Железнодорожник) отбор проб проводили в июле 2010 г. Пробы планктона отбирали батометром Рутнера с глубины 1 м и сетью Апштейна путем фильтрации верхнего 1.5-метрового слоя воды. Батометрические пробы использовали для количественной и качественной оценки цианобактерий как ранее описано [5]. Суммарную ДНК выделяли из сетных проб, фиксированных 70% этиловым спиртом, c использованием набора "ДНК-сорб" ("ИнтерЛабСервис", Россия). Амплификацию фрагмента гена stxA длиной 555 п.н. проводили согласно [6]. ДНК сакситоксин-про-дуцирующего Aphanizomenon gracile для положительного контроля была любезно предоставлена А. Баллот (г. Штехлин, Германия). Полученные ПЦР-фрагменты анализировали в соответствие с описанными методиками [5]. Последовательности зарегистрированы в GenBank под номерами JF739253—JF739268 и JF739275-JF739282. Для ИФА нефиксированные пробы замораживали, концентрацию STX и аналогов определяли, используя набор Abraxis Saxitoxin ELISA ("Abraxis LLC", США). Скрининг PST в экстрактах фитопланктона выполняли на тандемном времяпро-

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ЦИАНОБАКТЕРИЙ

121

Результаты количественного и ПЦР-анализа цианобактерий, концентрации и варианты сакситоксина в озере Байкал и водохранилищах р. Ангара

Водоем Численность потенциально токсичных цианобактерий, млн кл/л Наличие гена stxA Концентрация PST мкг/л Выявленные варианты PST

Anabaena spp. Aphanizomenon spp.

Баргузинский залив (Байкал) 0.38 Единично + 0.14 SXT neoSXT

Залив Куркут (Байкал) 2.16 Единично + 0.59 SXT dcGTX2,3 dcGTX1,4

Иркутское в-ще 0.02 0.05 - - Н. д.*

Братское в-ще 3.04 2.71 - - Н. д.*

Усть-Илимское в-ще 2.06 71.44 + 1.37 Н. д.*

* Нет данных.

летном масс-спектрометре с матричной лазерной десорбцией/ионизацией (MALDI-TOF) ("Ultraflex Bruker Daltoniks", Германия).

При микроскопическом наблюдении в планктоне исследуемых водоемов выявили представителей двух родов цианобактерий, способных продуцировать PST: Aphanizomenon и Anabaena (таблица). В оз. Байкал и Усть-Илимском водохранилище обнаружили цианобактерии, содержащие гены stxA. Полученные последовательности stxA генов были на 97—99% сходны с таковыми видов Aphanizomenon и Anabaena, выделенных во время PST-ток-сичных цветений водоемов Европы и Австралии. На этих же станциях методом ИФА обнаружены PST и определена их концентрация, которая не превышала нормативов для питьевой воды. Методом MALDI-TOF/TOF в оз. Байкал идентифицированы четыре типа PST: содержащие карбамо-ильные группы сакситоксин и неосакситоксин (neoSXT), а также декарбамаилированные производные гониатоксина (dcGTX2,3 и dcGTX1,4) (таблица).

На основании полученных результатов можно заключить, что в оз. Байкал и Усть-Илимском водохранилище цианобактерии двух родов — Apha-nizomenon и Anabaena могут синтезировать STX и его аналоги. Филогенетические отношения между родами Aphanizomenon и Anabaena по гену stxA не разрешены, что не дало нам возможности идентифицировать продуцентов PST на уровне вида. Учитывая, что в байкальских пробах доминировала Anabaena lemmermannii, которая, как

известно [7], синтезирует SXT, можно предположить, что этот вид является основным продуцентом сакситоксина в оз. Байкал. В Усть-Илимском водохранилище, синтез паралитических токсинов моллюсков, вероятно, осуществляет преобладающий в планктоне Aphanizomenon sp.

Таким образом, впервые в оз. Байкал и водохранилищах р. Ангара комплексом методов выявили цианобактерии, продуцирующие паралитические токсины моллюсков. В настоящее время в связи с развитием туристического бизнеса на озере усиливается антропогенная нагрузка, что приводит к эвтрофированию мелководных заливов и прибрежных участков, и как следствие, к повышению численности цианобактерий. В ходе работы апробированы методики по выявлению цианобактерий, способных к продукции паралитических токсинов и подтверждена потенциальная угроза отравления сакситоксином и его аналогами.

Работа выполнена в рамках бюджетного проекта VI.55.1.3. "Структура, динамика формирования и метаболический потенциал сообщества микроорганизмов и фагов в биопленках пресноводных водоемов" и при частичной поддержке грантов РФФИ 0904-90420 Укр_ф_а, 10-04-01613а, 12-04-31672 мол_а.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Chorus I. Current approaches to cyanotoxin risk assessment, risk management and regulations in different countries, 63-2012. Federal Environmental Agency, Germany, Dessau, 2012. 147 р.

МИКРОБИОЛОГИЯ том 84 № 1 2015

122

EE.MX h gp.

2. Pearson L., Mihali T., Moffitt M., Kellmann R., Neilan B. On the chemistry, toxicology and genetics of the cy-anobacterial toxins, microcystin, nodularin, saxitoxin and cylindrospermopsin // Mar. Drugs. 2010. V. 8. P. 1650-1680.

3. Carmichael W. The Cyanotoxins // Adv. Bot. Res. 1997. V 27. P. 211-256.

4. Wiese M, D'Agostino P., Mihali T, Moffitt M, Neilan B. Neurotoxic alkaloids: saxitoxin and its analogs // Mar. Drugs. 2010. V. 8. P. 2185-2211.

5. Belykh O, Sorokovikova E, Fedorova G, Kaluzhnaya O., Korneva E, Sakirko M, Sherbakova T. Presence and genetic diversity of microcystin-producing cyanobacteria

(Anabaena and Microcystis) in Lake Kotokel (Russia, Lake Baikal Region) // Hydrobiologia. 2011. V. 671. P. 241-252.

6. Ballot A., Fastner J., Wiedner C. Paralytic shellfish poisoning toxin-producing cyanobacterium Aphanizome-non gracile in Northeast Germany // Appl. Environ. Microbiol. 2010. V. 76. P. 1173-1180.

7. Rapala J., Robertson A., Negri A.P., Berg K.A., Tuomi P., Lyra C., Erkomaa K., Lahti K., Hoppu K., Lepisto L. First report of saxitoxin in Finnish Lakes and possible associated effects on human health // Environ. Toxicol. 2005. V. 20. P. 331-340.

MHKPOEHO.roraH TOM 84 № 1 2015

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком