Микроцистины и нодулярины

СТАЙЛАБ предлагает тест-системы для определения микроцистинов и нодуляринов с помощью ИФА, энзиматического и иммунохроматографического методов, а также стандартные растворы микроцистинов и нодуляринов и природные стандартизированные образцы.

Подробнее о микроцистинах и нодуляринах

Микроцистины – это ядовитые вещества, вырабатываемые некоторыми пресноводными цианобактериями родов Microcystis, самая известная из которых – Microcystis aeruginosa, а также Planktothrix, Anabaena, Oscillatoria и Nostoc. Эти организмы широко распространены в водоемах всего мира. Нодулярины вырабатывают цианобактерии Nodularia, распространенные, в том числе, в Балтийском и Черном морях. Интересно, что цианобактерии одного и того же штамма могут как вырабатывать фикотоксины, так и быть нетоксичными. Различить их с помощью микроскопии невозможно, что обуславливает необходимость анализа микроцистинов и нодуляринов в воде. В особенности это важно при использовании открытых водоемов в качестве источника питьевой воды, поскольку эти фикотоксины хорошо растворяются в ней, а также устойчивы к кипячению, воздействию солнечного света, окислению и гидролизу (при нейтральных значениях pH). В природных водоемах микроцистины и нодулярины сохраняются до 7 суток, в фильтрованной воде – значительно дольше. Кроме того, эти фикотоксины представляют опасность для зоопланктона, рыб, включая промысловые породы, птиц и млекопитающих, в том числе, сельскохозяйственных и домашних животных. Таким образом, микроцистины и нодулярины способны не только наносить ущерб сельскому хозяйству, но и влиять на состояние экосистем.

Микроцистины и нодулярины являются циклическими пептидами. В отличие от белков, которые синтезируются с участием рибосом, эти пептиды формируются с участием одного или нескольких специальных ферментов. И микроцистины, и нодулярины содержат как обычные, так и непротеиногенные (то есть, не входящих в состав белков) аминокислоты, в том числе, ADDA. Именно из-за нее эти соединения поглощают излучение с длиной волны 238 нм, что используется для их разделения при ВЭЖХ. Этот же участок обладает способностью связываться с ферментами фосфатазами, снижая их активность. На этом свойстве микроцистинов и нодуляринов основаны энзиматические методы анализа.

Нодулярины состоят из пяти аминокислот, микроцистины – из семи. Помимо ADDA многие микроцистины содержат также лейцин и аргинин. Их называют микроцистинами-LR, или MC-LR. Из более чем 90 вариантов микроцистинов эти наиболее токсичны. Менее распространены микроцистины-RR, у которых аргинин находится в двух позициях молекулы и микроцистины-YR, включающие тирозин и аргинин. Иные варианты, в том числе, содержащие аланин, триптофан или другие аминокислоты, встречаются значительно реже. Микроцистины и нодулярины являются сильными гепатотоксинами, причем предполагается, что это их свойство связано с ингибированием активности фосфатаз. Они вызывают настолько серьезное поражение печени, что оно может привести к смерти из-за гиповолемического шока. Микроцистины также способствуют развитию рака печени, особенно при длительном хроническом употреблении. Активность метаболитов микроцистинов и нодуляринов не изучена.

Микроцистины могут попадать в организм человека и животных не только с водой, но и с пищей. Они способны накапливаться в рыбе, например, в мясе, печени, желчном пузыре и других органах тилапии, а также в моллюсках. Чаще всего подобное происходит в зонах хронической эвтрофикации – постоянного избытка питательных веществ. Это водоемы, в том числе, заливы, в которые сбрасывают сточные воды из крупных городов.

Согласно рекомендациям ВОЗ, концентрация микроцистинов в питьевой воде не должна превышать 1 мкг/л при однократном контакте. При многократном употреблении безопасной считается вода, содержащая микроцистины в количестве не более чем 0,1 мкг/л.

Для анализа микроцистинов и нодуляринов в воде чаще всего используется метод иммуноферментного анализа, поскольку он обладает высокой точностью и при этом не требует сложного оборудования. Помимо него для скрининга применяют тест-системы на основе энзиматического метода анализа. Хроматографические методы, например, ЖХ-МС или ЖХ-МС/МС, используются для количественного определения микроцистинов и нодуляринов, а также для их анализа в пробах тканей моллюсков и рыбы.

Литература

1. О.И. Белых, А.С. Гладких, Е.Г. Сороковикова, И.В. Тихонова, С.А. Потапов, Г.А. Федорова. Микроцистин-продуцирующие цианобактерии в водоемах России, Беларуси и Украины. Химия в интересах устойчивого развития 21 (2013) 363-378.
2. Cyanobacterial toxins: Microcystin-LR in Drinking-water. Background document for development of WHO Guidelines for Drinking-water Quality. Guidelines for drinking-water quality, 2nd ed. Addendum to Vol. 2. Health criteria and other supporting information. World Health Organization, Geneva, 1998.
3. Hauser-Davis RA, Lavradas RT, Lavandier RC, Rojas EG, Guarino AW, Ziolli RL. Accumulation and toxic effects of microcystin in tilapia (Oreochromis niloticus) from an eutrophic Brazilian lagoon. Ecotoxicol Environ Saf. 2015 Feb;112:132-6. Epub 2014 Nov 17.
4. Yoshizawa S, Matsushima R, Watanabe MF, Harada K, Ichihara A, Carmichael WW, Fujiki H. Inhibition of protein phosphatases by microcystins and nodularin associated with hepatotoxicity. J Cancer Res Clin Oncol. 1990;116(6):609-14.
5. Vasconcelos V, Azevedo J, Silva M, Ramos V. Effects of marine toxins on the reproduction and early stages development of aquatic organisms. Mar Drugs. 2010 Jan 19;8(1):59-79.
6. Justine R. Schmidt, Steven W. Wilhelm and Gregory L. Boyer. The Fate of Microcystins in the Environment and Challenges for Monitoring.  Toxins 2014, 6, 3354-3387