BMAA

СТАЙЛАБ предлагает тест-системы для анализа бета-N-метиламин-L-аланина (BMAA) в пробах воды методом ИФА, а также дейтериевые стандарты BMAA.

Бета-N-метиламин-L-аланин (BMAA) – это небелковая аминокислота, вырабатываемая некоторыми морскими, пресноводными и почвенными цианобактериями. Предполагается, что ее могут синтезировать некоторые диатомовые водоросли и динофлагелляты. Все эти организмы очень широко распространены. К примеру, в 2007-2008 гг.  цианобактерии, вырабатывающие BMAA, были обнаружены в Балтийском море.

Впервые бета-N-метиламин-L-аланин выделили из муки, изготовленной из семян саговников, растущих на тихоокеанском острове Гуам. Вначале исследователи предположили, что эти растения сами выделяют яды, однако выяснилось, что в действительности их производят симбионты саговников – цианобактерии рода Nostoc. Эти организмы также могут быть симбионтами лишайников или же обитать свободно. Интересно, что при нехватке азота цианобактерии начинают более интенсивно вырабатывать BMAA.

Во время Второй Мировой войны Гарри Циммерман (Harry M. Zimmerman) проходил службу в Тихоокеанском отделении Военно-морского медицинского научно-исследовательского института США. Медик по образованию, он обратил внимание на то, что среди чаморро – коренных жителей острова Гуам – необычно часто встречается заболевание, симптомы которого схожи с амиотрофическим латеральным склерозом и болезнью Паркинсона. Чаморро называли эту болезнь литико-бодиг, причем слово «литико» относилось к атрофии мышц и параличу, в тяжелых случаях приводящими к смерти от удушья, а «бодиг» - к проявлениям паркинсонизма и деменции. Симптомы у разных пациентов различались, и особый интерес к заболеванию вызвало то, что жители соседних островов не страдали от него. У военных оно также не проявлялось. С этого наблюдения, о котором Циммерман написал командованию, начались исследования амиотрофического латерального склероза и других неврологических заболеваний, а также возрастных изменений. Что касается литико-бодиг, многие ученые предполагали, что его вызывает воздействие нейротоксина, и что этот яд содержится в семенах саговников, которые не растут на других островах. Действительно, чаморро употребляли в пищу эти семена, однако муку из них промывали перед использованием несколько раз. Кроме того, хотя о литико-бодиг упоминали еще в начале XX века, тогда это заболевание встречалось реже. После 1960 годов его частота начала снижаться. В настоящее время литико-бодиг встречается крайне редко.

В 2002 году невролог Оливер Сакс (Oliver Sacks) и этноботаник Пол Кокс (Paul Cox) выдвинули предположение о том, что причиной литико-бодиг является BMAA.  Чаморро употребляли в пищу крыланов, обитающих на острове Гуам и питающихся семенами саговников, содержащих это вещество. BMAA сохраняется и накапливается в организмах крыланов, причем его содержание в тканях летучих лисиц может превышать содержание этого вещества в семенах саговников почти в 400 раз. С появлением на Гуаме огнестрельного оружия охотиться на крыланов стало значительно проще, что увеличило количество бета-N-метиламин-L-аланина, поступающего в организмы чаморро. Снижение частоты литико-бодиг связывают со значительным сокращением численности крыланов в результате охоты на них.

Более поздние исследования показали, что BMAA биоаккумулирует в организмах рыб и моллюсков, в том числе, и употребляемых в пищу человеком. К примеру, исследование проб моллюсков и рыбы, приобретенных на рынках в Швеции показало, что в креветках, голубых мидиях, устрицах, камбале, ручьевой форели и сельди содержание BMAA может достигать 0,9 мкг/г сырой массы. В некоторых других видах рыбы, например, в лососе и треске, он обнаружен не был. С учетом того, что бета-N-метиламин-L-аланин способны синтезировать большинство видов цианобактерий различных родов, он представляет собой значительную проблему.

В 2009 году Пол Кокс и соавторы опубликовали исследование, согласно которому цианобактерии, вырабатывающие BMAA, в большом количестве были обнаружены в песке пустыни в Катаре. При вдыхании пыль, содержащая эти организмы, попадает в носоглотку. Кокс предположил, что именно воздействие BMAA объясняет повышенную частоту случаев амиотрофического латерального склероза у американских военных моложе 45 лет, участвовавших в Войне в Персидском Заливе в 1990-1991 годах. Заболевание начало проявляться через 10 лет после их возвращения оттуда.

Острая токсичность BMAA обусловлена его способностью активировать некоторые из рецепторов к глутамату. В экспериментах на крысах, получивших значительную дозу BMAA (2000 мг/кг массы тела), это выражалось в слюно- и слезотечении, треморе и судорогах и в некоторых других проявлениях. Настолько высокие дозы бета-N-метиламин-L-аланина приводят к повреждениям печени, селезенки, почек, надпочечников, легких, сердца и мозга.

Предполагается, что BMAA связан с развитием дегенеративных заболеваний нервной системы: болезней Паркинсона, Альцгеймера, Стила-Ричардсо, деменции с тельцами Леви и амиотрофического латерального склероза. Исследования показали, что все эти заболевания могут быть обусловлены не только генетически, но и внешними факторами. Это связано с тем, что под действием бета-N-метиламин-L-аланина нейроны гибнут. Кроме того, это вещество встраивается в белки вместо определенных аминокислот. Это приводит к нарушениям структуры белков, в результате чего они не могут правильно функционировать.

Для анализа бета-N-метиламин-L-аланина используются хроматографические методы, например, жидкостная хроматография высокого давления или ЖХ/МС/МС. Альтернативой этим методам является ИФА, позволяющий определять BMAA в небольших концентрациях и с высокой точностью.

Литература

1. Vyas K.J., Weiss J.H. BMAA--an unusual cyanobacterial neurotoxin. Amyotroph Lateral Scler. 2009;10 Suppl 2:50-5.
2. Pablo J, Banack SA, Cox PA, Johnson TE, Papapetropoulos S, Bradley WG, Buck A, Mash DC.
3. Cyanobacterial neurotoxin BMAA in ALS and Alzheimer's disease. Acta Neurol Scand. 2009 Oct;120(4):216-25. doi: 10.1111/j.1600-0404.2008.01150.x. Epub 2009 Feb 26.
4. Jonasson S, Eriksson J, Berntzon L, Spácil Z, Ilag LL, Ronnevi LO, Rasmussen U, Bergman B. Transfer of a cyanobacterial neurotoxin within a temperate aquatic ecosystem suggests pathways for human exposure. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010 May 18;107(20):9252-7.
5. Brand LE. Human exposure to cyanobacteria and BMAA. Amyotroph Lateral Scler. 2009;10 Suppl 2:85-95.
6. Downing, S, Banack, SA, Metcalf, JS, Cox, PA, Downing, TG. (2011). "Nitrogen starvation of cyanobacteria results in the production of β-N-methylamino-L-alanine". Toxicon 58: 187–194.
7. Kristiane de Cássia Mariotti, Fabiano Barreto, Gabriela Cristina Schmitt, Ivomar Zancanaro, Eliane Dallegrave, Rodrigo Bustos Singer, Mirna Bainy Leal, Renata Pereira Limberger. Study of acute toxicity and investigation of the presence of β-N-methylamino-L-alanine in the Gunnera manicata L. a species native to Southern Brazil. Brazilian Journal of Pharmaceutical Sciences vol. 47, n. 3, jul./sep., 2011
8. Peter Macinnis. The Killer Bean of Calabar And Other Stories: Poisons and Poisoners
9. Jiang L, Kiselova N, Rosén J, Ilag LL. Quantification of neurotoxin BMAA (β-N-methylamino-L-alanine) in seafood from Swedish markets. Sci Rep. 2014 Nov 6;4:6931.
10. Dominica Tolentino. Lytico-Bodig on Guam. Guampedia
11. Cox PA, Richer R, Metcalf JS, Banack SA, Codd GA, Bradley WG. Cyanobacteria and BMAA exposure from desert dust: a possible link to sporadic ALS among Gulf War veterans. Amyotroph Lateral Scler. 2009;10 Suppl 2:109-17.