Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Sinice (cyjanobakterie) - dominacja w letnich zakwitach wody na zbiorniku Sulejów

Mankiewicz-Boczek Joanna, Font-Nájera Arnoldo

Gospodarka Wodna

|

2023

|

Nr 10

11--12

PL

Zakwity wód zdominowane przez toksyczne sinice (cyjanobakterie) są ważnym problemem środowiskowym w erze antropocenu, obserwuje się wzrost ich zasięgu geograficznego oraz częstotliwości, w skali globalnej. W nizinnym, retencyjnym zbiorniku Sulejowski (Sulejów) rokrocznie odnotowywane są, w sezonie letnim, zakwity z sinicami z rodzaju Mircocystis oraz Aphanizomenon. Dodatkowo, pogarszający się stan wody związany jest z cyklicznym wystepowaniem hepatotoksyn sinicowych - mikrocystyn. Wieloletnie badania prowadzone na zbiorniku wskazują na wiodącą rolę stężenia biogenów oraz czasu retencji wody dla rozwoju toksynogennych cyjanobakterii.

EN

Water blooms dominated by toxic cyanobacteria have been an important environmental problem in the Anthropocene, with an increase in their geographical extent and frequency, globally. In the Sulejów - lowland, retention reservoir, cyanobacterial blooms of the genera Mircocystis and Aphanizomenon are recorded annually, during the summer season. In addition, the worsening condition of the water is associated with the cyclic occurrence of cyanobacterial hepatotoxins - microcystins. Long-term studies conducted on the reservoir indicate the leading role of nutrient concentration and water retention time for the development of toxinogenic cyanobacteria.

2

Sedimentary imprint of cyanobacterial blooms : a new tool for insight into recent history of lakes

Pawlik-Skowrońska B., Kornijów R., Pirszel J.

Polish Journal of Ecology

|

2010

|

Vol. 58, nr 4

663-670

EN

Recent history of numerous lakes is, among others, a consequence of anthropogenic activity that led to water eutrophication and excessive phytoplankton development. In nutrient-rich lakes both biomass of cyanobacteria and cyanotoxins, that may have a substantial impact on aquatic biocenoses, are present not only in water column but also in the bottom sediments. This study demonstrates vertical distribution of microcystins (MC) traces in sediments of two eutrophic lakes - one phytoplankton/macrophyte-dominated and the other phytoplankton-dominated. The sediments (1-40/50 cm depth) were sampled from central part of lakes and content of MC traces was determined by means of GC-MS in 1cm core slices. In the sediment profile (1-40 cm depth) of the phytoplankton/macrophyte-dominated lake the MC contents ranged from 0.011 in deep layer (35 cm) to 0.910 [mu]g equival. MC-LR g[^-1] d.w. in the surface layer (1 cm) and indicated gradual increase in eutrophication . connected with mass development of cyanobacteria over time. In phytoplanktondominated lake, MC contents (0.0-0.335 [mu]g equival. MC-LR g[^-1] d.w.) oscillated through the core (1-50 cm depth) and were relatively similar in older, deeper (20-50 cm) and younger (1-20 cm) layers what suggests long-lasting but variable intensity of cyanobacteria mass development. The obtained results indicate that traces of microcystins persist and are detectable for several dozens years not only in surface but also in deep sediment layers of lakes affected by former cyanobacterial blooms. They seem to be a reliable tool to follow eutrophication and its consequence - excessive development of cyanobacteria in the past time.

3

Charakterystyka toksyn produkowanych przez sinice

Gałczyński Ł., Ociepa A.

Proceedings of ECOpole

|

2008

|

Vol. 2, No. 1

177--179

PL

Coraz częstszym problemem w ekotoksykologii są toksyny naturalne. W ciągu kilku ostatnich lat szczególnie aktualnym problemem stała się obecność toksyn sinicowych w silnie zanieczyszczonych wodach jezior i zbiorników zaporowych o dużym stopniu eutrofizacji. Toksyny wytwarzane przez sinice można sklasyfikować według ich właściwości toksykologicznych. Wyróżniamy m.in. neurotoksyny (np. anatoksyna-a, anatoksyna-a(s), saksytoksyna i neosaksytoksyna); wywołujące nowotwory (np. mikrocystyny, lipopolisacharydy); dermatotoksyny (np. lyngbyatoksyna-a, aplysiatoksyna i lipopolisacharydy); hepatotoksyny (mikrocystyny, nodularyny i cylindrospermopsyna). Do gatunków produkujących toksyny zaliczmy np. Microcystis, Anabaena, Nostoc, Nodularia, Aphanizomenon. Najczęściej występującą toksyną jest zaliczana do hepatotoksyn - mikrocystyna. Obecnie znanych jest ponad 70 różnych struktur tych związków. Hepatotoksyny, do których zaliczamy mikrocystyny i nodularyny, są odpowiedzialne za zatrucie zwierząt i ludzi, mających kontakt z toksycznymi zakwitami. Są one bardzo stabilne w wodzie ze względu na swoją strukturę chemiczną. Obecnie znanych jest kilka metod oznaczania toksyn sinicowych w wodzie. Metodą najczęściej stosowaną do jakościowej i ilościowej analizy toksyn sinicowych jest wysokosprawna chromatografia cieczowa z detekcją diodową (HPLC-DAD). Toksyny sinicowe występują powszechnie na świecie. W około 60÷90% zakwitów sinicowych występujących w zbiornikach wodnych na świecie wykazano obecność mikrocystyn. Reasumując, sinice mogą być groźne dla zdrowia i życia. Nie lekceważmy więc zakazów spowodowanych ich pojawieniem się w wodzie, choćby zakazem kąpieli.

EN

Natural toxins cause in ecotoxicology more and morę problems. Compounds (PAH, dioxins, PCB, pesticides, heavy metals, etc.) introduced to the natural environment as a result of industrial and agricultural activity of the man were in a facus of interests of ecologists through the long time. The particularly current problem, since a few last years, is a presence of cyanoprokaryota toxins in polluted waters of lakes and barrage containers with high eutrophication. Toxins are produced by cyanoprokaryota may be categorized according to their toxicological properties. Thus the categories arę neurotoxins (anatoxin-a, anatoxin-a(s), saxitoxin and neosaxitoxin); the tumor promoters (microcystins, lipopolysaccharides); the deematoxins/irritant toxins(lyngbytoxin A, aplysiatoxins and lipopolysaccharides); hepatotoxins (microcystins, nodularins and cylindrospermopsin). Cyanotoxins produced by members of several cyanobacterial genera including Microcystis, Anabaena, Nostoc, Nodulana, Aphanizomenon. There are currently known more than 70 stmctural variations of microcystins (hepatotoxins). Hepatotoxins such as microcystins and nodularins have been responsible for the poisoning of both animals and humans who ingest or come into contact with toxic blooms. They are extremely stable in water due to their stable chemical structure and can tolerate radical changes in water chetnistry, including pH and salinity. There are a few methods of meaning cyanoprokaryota toxins determination in water chemistry. Cyanoprokaryota toxins analysis were carried out by high performance liquid chromatography (HPLC) with photo-diode array detection. It was demonstrated that about the 60÷90% cyanoprokaryota blooms entering into water reservoirs in world were - microcystins. Recapitulating, cyanoprokaryota, they are organisms they can be dangerous to the health and the life.

4

Toksyny wytwarzane przez sinice

Gałczyński Ł., Ociepa A.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2008

|

Vol. 15, nr 1

69-76

PL

Coraz częstszym problemem w ekotoksykologii są toksyny naturalne. W ciągu kilku ostatnich lat szczególnie aktualnym problemem stała się obecność toksyn sinicowych w silnie zanieczyszczonych wodach jezior i zbiorników zaporowych o dużym stopniu eutrofizacji. Toksyny wytwarzane przez sinice można sklasyfikować według ich właściwości toksykologicznych. Wyróżniamy m.in. neurotoksyny (np. anatoksynaa, anatoksyna-a(s), saksytoksyna i neosaksytoksyna); wywołujące nowotwory (np. mikrocystyny, lipopolisacharydy); dermatotoksyny (np. lyngbyatoksyna-a), aplysiatoksyna i lipopolisacharydy); hepatotoksyny (mikrocystyny, nodularyny i cylindrospermopsyna). Do gatunków wytwarzających toksyny zaliczmy np. Microcystis, Anahaena, Nostoc, Nodularia, Aphanizomenon. Najczęściej występującą toksyną jest - zaliczana do hepatotoksyn - mikrocystyna. Obecnie znanych jest ponad 70 różnych struktur tych związków. Hepatotoksyny, do których zaliczamy mikrocystyny i nodularyny, są odpowiedzialne za zatrucie zwierząt i ludzi, mających kontakt z toksycznymi zakwitami. Są one bardzo trwałe w wodzie ze względu na swoją strukturę chemiczną. Obecnie znanych jest kilka metod oznaczania toksyn sinicowych w wodzie. Metodą najczęściej stosowaną do jakościowej i ilościowej analizy toksyn sinicowych jest wysokosprawna chromatografia cieczowa z detekcją diodową (HPLC-DAD). Toksyny sinicowe występują powszechnie na świecie. W około 60-90% zakwitów sinicowych występujących w zbiornikach wodnych na świecie wykazano obecność mikrocystyn. Sinice, mimo ze są organizmami o mikroskopijnych rozmiarach, mogą być groźne dla zdrowia i życia.

EN

Natural toxins cause in ecotoxicology more and more problems. Compounds (PAH, dioxins, PCB, pesticides, heavy metals, etc.) introduced to the natural environment as a result of industrial and agricultural activity of the man were in a facus of interests of ecologists through the long time. The particularly current problem, since a few last years, is a presence of cyanoprokaryota toxins in polluted waters of lakes and barrage containers with high eutrophication. Toxins are produced by cyanoprokaryota may be categorized according to their toxicological properties. Thus the categories are neurotoxins (anatoxin-a, anatoxin-a(s), saxitoxin and neosaxitoxin); the tumor promoters (microcystins, lipopolysacchańdes); the dermatoxins/irritant toxins(lyngbyatoxin-a, aplysiatoxins and lipopolysaccharides); hepatotoxins (microcystins, nodularins and cylindrospermopsin). Cyanotoxins produced by members of several cynnopr-oka~yota genera including Microcystis, Anabaena, Nostoc, Nodularia, Aphanizomenon. There are currently known more than 70 structural variations of microcystins (hepatoxins). Hepatotoxins such as microcystins and nodularins have been responsible for the poisoning of both animals and humans who ingest or come into contact with toxic blooms. They arc extremely stable in water due to their stable chemical structure and can tolerate radical changes in water chemistry, including pH and salinity. There arc a few methods of cyanoprokaryota toxin determination in the water. Cyanoprokaryota toxins analyses were carried out by high performance liquid chromatography (HPLC) with photo-diode array detection. It was demonstrated that about the 60-90% cyanoprokaryota blooms entering into water reservoirs in world were - microcystins. Recapitulating, cyanoprokaryota, they are microrganisms they can be dangerous to the health and the life.

5

Wpływ jakości wody i parametrów jej uzdatniania na efektywność usuwania toksyn sinicowych na przykładzie wodociągu "Sulejów-Łódź"

Kabziński A. K. M., Grabowska H., Cyran J., Juszczak R., Zawadzka A., Macioszek B. T.

Ochrona Środowiska

|

2004

|

R. 26, nr 3

13-20

PL

Sinice (Cyanophyta), wchodzące w skład fitoplanktonu, należą do grupy gram ujemnych prokariotycznych organizmów fotosyntezujących. W normalnych warunkach liczebność komórek sinicowych w 1 cm3 wody waha się od kilkuset do kilku tysięcy, przy czym w okresach intensywnego zakwitu może dochodzić do kilkuset tysięcy komórek w 1 cm3 wody. Intensywne zakwity nadają wodzie barwę i nieprzyjemny zapach, uwalniają też duże ilości neurotoksyn alkaloidowych i hepatotoksyn o charakterze oligopeptydów o wysokiej toksyczności. W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące efektywności uzdatniania wody ujmowanej ze zbiornika sulejowskiego, przy obecności komórek sinicowych i hepatotoksyn, w systemie wodociągowym Sulejów-Łódź. W badaniach przeprowadzonych w 2002 r. stwierdzono, że końcowe stężenia mikrocystyny LR były dużo niższe niż wartość dopuszczalna (1,0 mg/m3), świadcząc o prawidłowym przebiegu procesu uzdatniania wody. Czynnikiem mającym negatywny wpływ na efektywność uzdatniania wody była całkowita biomasa mikroorganizmów oraz pośrednio wysoka temperatura wody powierzchniowej, wpływająca korzystnie na zakwity oraz przyrost całkowitej biomasy, jak też ilość produkowanych toksyn. Zastosowane w procesie uzdatniania dawki dwutlenku chloru i ozonu były dostateczne do usunięcia mikrocystyny LR w granicach 85÷100%, a innych izoform w granicach 70÷100%. Dokładniejsze zbadanie wpływu tych czynników na efektywność usuwania toksyn sinicowych będzie przedmiotem dalszych badań, w celu potwierdzenia wcześniej uzyskanych wyników.

EN

Cyanobacteria (Cyanophyta) belong to the group of gram-negative procariotic photosynthesizing organisms and are part of the phytoplankton. Normally, the number of cyanobacteria ranges between several hundred and several thousand cells per cubic centimeter of water to increase to several hundred thousand cells per cubic centimeter when blooming. Blooming produces an intensive hue and objectionable odor of the water; it also releases large amounts of alkaloid neurotoxins and hepatotoxins of oligopeptide type displaying a very high toxicity. The present paper shows the results of an experimental study (performed in 2002), which aimed at determining the efficiency of the treatment process involving water taken in from the Sulejów impoundment lake, contaminated with cyanobacterial cells and hepatotoxins. The study has produced a number of major findings. The final concentrations of microcystin LR fell much below the admissible level (1.0 mg/m3). The total biomass of the microorganisms and, indirectly, the high temperature of the surface water had an adverse influence on the efficiency of the treatment process; they promoted blooming, enhanced the increment in the total biomass and increased the amount of the toxins produced. The chlorine dioxide and ozone doses used in the experiments sufficed to yield a removal of microcistin LR and other isoforms within 85 to 100% and 70 to 100%, respectively. The effect of the factors mentioned above upon the extent of cyanobacterial toxins removal will be examined in more detail in a further study in order to substantiate our previous results.

6

Wpływ usuwania domieszek wód powierzchniowych na efektywność destrukcji mikrocystyn w procesie chlorowania

Jodłowski A., Jurczak T., Mankiewicz J., Sobieraj M.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2004

|

T. 7, nr 3/4

277-289

PL

Przedstawiono wyniki badań nad wpływem usuwania domieszek występujących w wodzie naturalnej na skuteczność destrukcji mikrocystyn (MC) w procesie chlorowania. W badaniach wykorzystano wodę naturalną pobieraną ze Zbiornika Sulejowskiego, którą zanieczyszczono dodatkowo ekstraktem zawierającym MC. Wodę poddawano oczyszczaniu w procesie filtracji oraz porównawczo koagulacji i filtracji. Chlorowanie prowadzono z użyciem podchlorynu sodu. Badania obejmowały wpływ dawki chloru na stopień usuwania MC z wody oraz zależność stopnia destrukcji MC od czasu kontaktu z chlorem. Stwierdzono, że efektywność destrukcji MC wzrastała wraz ze zwiększaniem stopnia usuwania domieszek wody. Destrukcja MC następowała we względnie krótkim czasie, wynoszącym 15 minut. Wymagana dawka chloru umożliwiająca destrukcję MC była pięciokrotnie mniejsza w przypadku wody oczyszczonej w procesie koagulacji i filtracji niż wody surowej.

EN

Periodical occurance of intense blue-green algal blooms in impounded water which is used for municipal supply is an indication of the elevated nutrient level. Some blue-green algae (cyanobacteria) such as Microcystis produce cyclic heptapeptide toxins including microcystins (MCs). MCs are commonly classed as hepatotoxins due to the damage of liver cells after consumption. There are currently known more than 70 structural variations of MCs. That diversity is caused by the presence of variant amino-acids. MC-LR is the most toxic among them. MCs can be removed during water treatment by activated carbon or by ozonation but these methods are relatively expensive. Chlorination may be an effective and practical method for the removal of MCs from drinking water. The drawback of this process is the formation of undesirable byproducts in the case of organic matter presence in the treated water. Chlorine is the reagent commonly employed in the disinfection of drinking water. The low natural organics concentration ensures the target compounds (MCs) destruction. Results of the investigations on the effect of natural organic matter removal on MCs degradation by chlorination during surface water treatment are presented in the article. Natural surface water taken from the Sulejów Reservoir contaminated additionally with MCs generated by the blue-green algae Microcystis aeruginosa was purified in the laboratory by the application of filtration or coagulation/filtration methods. The MCs concentrations were similar to those typically observed in raw water (about 10 mg/l). Sodium hypochlorite was used as a chlorinating agent. Effect of chlorine dosage and contact time on the MCs degradation was assessed in this work. The destruction of the toxins was monitored using three methods including PPIA (Protein Phosphatase Inhibition Assay), ELISA (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay) and HPLC-DAD (High Performance Liquid Chromatography). The kinetics of the MCs destruction and chlorine consumption for the chlorination of natural organic matter with an excess of chlorine was investigated. MCs destruction and chlorine consumption could be described by second order kinetics. Rate constants for MCs destruction were between 0.027 l/mg min. for MC-LR, similar to that obtained for total MCs (0.016 l/mg min.) and 0.077 l/mg min. for MC-YR (pH = 7). It was stated that toxins degradation efficiency increased as the water contamination decreased. Degradation of MCs took place within relatively short time of 15 minutes. Rate constants for the destruction of total MCs were of 0.042 l/mg min. in the water after filtration and 0.079 l/mg min in the water after coagulation/filtration processes when the pH was equal 7. The required dosage of chlorine for the MCs destruction was five times lower when water treatment by the coagulation/filtration processes was applied.

7

Usuwanie mikrocystyn z użyciem pylistego węgla aktywnego podczas koagulacji domieszek wody powierzchniowej

Jodłowski A., Jurczak T.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2004

|

T. 7, nr 2

173-184

PL

Przedstawiono wyniki badań nad koagulacją domieszek wody pobranej w okresie późnego lata ze Zbiornika Sulejowskiego, zanieczyszczonej dodatkowo mikrocystynami (MC), toksynami pochodzenia sinicowego. W badaniach użyto MC wyekstrahowanych z naturalnego materiału biologicznego zdominowanego przez sinice Microcystis aeruginosa. Sumaryczne stężenie analizowanych form MC wynosiło ok. 10 µg/l (MC-LR, MC-RR i MC-YR). Podczas usuwania domieszek rozpuszczonych, w tym MC, wykorzystano pylisty węgiel aktywny (PWA) CWZ-22. Czas kontaktu PWA z wodą surową wynosił 15 minut oraz dodatkowe 45 minut podczas flokulacji i sedymentacji. Domieszki w postaci koloidów i zawiesin o wysokim stopniu dyspersji oraz dodanego PWA usuwano z wody przy użyciu siarczanu glinu i porównawczo wstępnie zhydrolizowanego koagulantu PAC 10WA. Większą skuteczność usuwania substancji rozpuszczonych stwierdzono po skojarzeniu PWA i siarczanu glinu. W wyniku zastosowania adsorpcji przy użyciu PWA CWZ-22 i koagulacji siarczanem glinu osiągnięto wysoki stopień usuwania MC z wody (usunięto 63% MC-LR przy dawce CWZ-22 wynoszącej 50 mg/l), chociaż nie uzyskano całkowitej ich eliminacji. Zadowalający stopień usuwania MC uzyskano po wydłużeniu sumarycznego czasu kontaktu domieszek wody z PWA do ok. 1,5 h.

EN

Results of the investigation on the treatment of water taken from the Sulejów Reservoir (Central Poland) during late summer are presented in the article. Water was contaminated additionally with microcystins (MCs) generated by blue-green algae. MCs were extracted from the natural biological material collected from the Sulejów Reservoir in which the blue-green algae Microcystins aeruginosa dominated. Total MC's concentration was of about 10 µg/l (MC-LR, MC-RR and MC-YR). Microcystins analysis were carried out by high performance liquid chromatography (HPLC) with photo-diode array detection. Microcistin concentrations were determined by comparision of peak areas with those of standards. Comparison of isotherms obtained for MC-LR, MC-YR and MC-RR suggested that three variants did not show a significant difference in sorption performance. Applied contact time was of 15 minutes. Colloids and suspended matter as well as introduced PAC with adsorbed MCs were removed by means of alum and in comparison by polyaluminium chloride (PAC 10WA). Higher efficiency of dissolved matter removal from purified water was obtained as a result of PAC, CWZ-22 and alum application. MC-LR percentage removal equal 63% was obtained as a result of 50 mg/l of PAC and 120 mg/l of alum introduction. Unfortunately, entire elimination of MC was not obtained. Total MC concentration was reduced from 9.4 to 1.0 mg/l when the contact time was as long as 1.5 hour.

8

Działanie ozonu i chloru na mikrocystyny w środowisku wodnym

Jodłowski A.

Ochrona Środowiska

|

2003

|

R. 25, nr 3

49-52

PL

W badaniach określono skuteczność usuwania mikrocystyn przy użyciu ozonu i chloru z wód zawierających inne rozpuszczone substancje organiczne (np. substancje humusowe). Toksyny wyizolowano z materiału biologicznego pobranego ze Zbiornika Sulejowskiego. Stężenia mikrocystyn w badanej wodzie wynosiły 5÷30 mg/m3. Badania nad rozkładem mikrocystyn przy użyciu ozonu i podchlorynu sodu prowadzono metodą porcjową. Utlenianiu poddano wodne roztwory mikrocystyn oraz próbki wody dodatkowo zanieczyszczone wyciągiem z torfu. Wykazano, że skuteczny rozkład toksyn umożliwiły już niskie dawki ozonu, przy czym ozon oddziaływał bardziej skutecznie na mikrocystyny przy pH<7. Skuteczność oddziaływania ozonu na mikrocystyny uległa obniżeniu w obecności substancji humusowych. Mikrocytsyny uległy także skutecznemu rozkładowi w wyniku oddziaływania kwasu podchlorawego, przy czym rozkład przebiegał bardziej skutecznie przy pH<7. Obecność substancji humusowych w próbkach wody zanieczyszczonej mikrocystynami wpłyęła ujemnie na efektywność procesu rozkładu toksyn przy użyciu podchlorynu sodu.

EN

Periodical occurrence of intense blue-green algal blooms in impounded water which is used for municipal supply is also an indication of the risk that toxic substances, including hepatotoxic microcystins, might be present there. The study reported in this paper was carried out with microcystins (MCs) extracted from the phytoplankton bloom material (Microcystis aeruginosa), which was collected from the Sulejów impounding reservoir. The concentrations of toxins in untreated water varied from 10.5 to 22.5 mg/m3 and were determined by HPLC. The water samples used for the needs of the study were contaminated with MC-LR and partly with MC-RR and MC-YR. Ozonation and chlorination yielded a high removal from distilled water solutions. When the water samples contained MCs and humic substances, the efficiency of MCs removal decreased with the increase in organic matter content.

9

Badanie efektywności usuwania toksyn sinicowych w procesie uzdatniania wody na przykładzie systemu produkcyjno-przesyłowego Sulejów-Łódź

Kabziński A. K. M., Grabowska H.

Gospodarka Wodna

|

2003

|

Nr 3

109-118

PL

W artykule przedstawiono wyniki pracy badawczej dotyczącej zastosowania ozonu do rozkładu mikrocystyny. Prace były prowadzone w systemie produkcyjno-przesyłowym zaopatrującym Łódź w wodę z zalewu sulejowskiego.

EN

The paper presents results of research work concerning application of ozone to decomposition of microcystin. The work has been carried out in the productivetransferring system supplying the town Łódź with water from the Sulejow reservoir.

10

Peptydowe toksyny cyjanobakterii

Łukomska J., Kasprzykowski F., Łankiewicz L., Grzonka Z.

Wiadomości Chemiczne

|

2002

|

[Z] 56, 1-2

57--82

EN

This review presents chemical and biological aspects of secondary metabolites produced by cyanobacteria. The main goal of the work was to present studies related to microcystins and nodularins. Cyanobacteria (blue-green algae) growing both in freshwater and marine environment release to the medium numerous secondary metabolites. Some of cyanobacteria produce lethal toxins (cytotoxins and biotoxins). Therefore, cyanobacteria can be harmful for mammals, birds and fish, and also cause effects on human health. The secondary metabolites are the mostly derivatives of amino acids and peptides or depsipeptides. The best described among cyanobacteria toxins are the hepatotoxins: microcystins and nodularins. These toxins cause severe intrahepatic haemorrhage and hypovolaemic shock, and act as tumor promoters. Microcystins and nodularins are potent inhibitors of PP1 and PP2A protein phosphatases. Microcystins and nodularins, which are cyclic hepta- or penta-peptides, respectively, consists of various uncoded amino acid residues. The most characteristic and unique amino acid residue is Adda [(2S,3S,8S,9S,4E,6E)-3-amino-9-metoxy-2,6,8-trimethyl-10-phenyl-deca-4,6-dienoic acid]. Typical isolation of these toxins is realized by extraction combined with reversed-phase chromatography. Structure-activity relationship studies of microcystins and nodularins have revealed indispensability of Adda moiety, and two carboxyl groups of aspartic and glutamic acids, for the activity towards phosphatases. The total synthesis of both toxins represents quite a big challenge because of the necessity of preparation of Adda, as well as many other uncoded amino acids (D-erythro-b-methyl-aspartic acid, Masp; dehydroalanine, Dha, or dehydrobutyrine, Dhb, and their N-methyl derivatives etc.) prior to a final cyclization. Syntheses of Adda, the compound with four chiral centers and two specific configurations at the double bonds, were carried out mostly by the condensation of the previously obtained C1-C4 and C5-C10 fragments. Microcystins and nodularins are quite stable compounds in aqueous solution. They can be destroyed and removed by chlorination, or by treatment with ozone (Scheme 9) combined with ultrafiltration. On the other hand, microcystins and nodularins could be modified for example by esterification (Asp and/or Glu residues), transformation of guanidine moiety of arginine, Michael type addition to dehydroamino acids (Dha, Dhb). These modifications provide less toxic compounds, with interesting biological activities.

11

Mikrocystyny sinic w zbiornikach wodnych

Gajdek P.

Wiadomości Chemiczne

|

2000

|

[Z] 54, 7-8

637-650

EN

Many species of cyanobacteria forming blooms in eutrophic waters produce toxins. They are cytotoxins, neurotoxins, hepatotoxins and dermatotoxins. The hepatotoxins can be divided into microcystins and nodularins, cyclic hepta- and pentapeptides respectively. About 60 microcystins have been characterized and the most common is microcystin-LR, but their chemical structure may be also different. Since a long time cyanobacterial toxins have been the reason of lethal poisonings of wild and domestic animals and health problems of humans in different regions of the world. In 1996 in Brazil about 60 haemodialysis patients died after getting a lethal microcystin dose intravenously. The most frequent signs of poisoning are anorexia, general weakness, diarrhoea and vomiting. Microcystins repeatedly uptaken by organisms in trace amounts contribute to the development of cancer as a result of their inhibition of protein phosphatase 1 and 2A. There are epidemiological data indicating high rates of cancer in China due to long term exposure to cyanobacterial toxins in water. World Health Organization proposed 1 microgram per litre as a guideline value for maximum acceptable level of microcystin-LR or its equivalents in drinking water. Microcystins are chemically very stable and can not be decomposed by acid, alkaline or boiling. In field conditions their degradation is minimal. They are also difficult to decompose in water treatment processes. Conventional water treatment methods are not sufficient, while activated carbon filtration or ozonation makes them more effective, but still trace amounts of microcystins pass the full-scale treatment. Many methods of degradation or chemical modification of microcystins have been devised. Unfortunately, despite large body of research work cyanobacterial toxins are still dangerous, especially in drinking water reservoirs. In Poland, the cyanobacterial blooms in drinking water reservoirs constitute a serious problem, especially for large agglomerations. For instance in summer 1993 in Sulejowski reservoir being a drinking water source for the city of Łódź the microcystin content in a cyanobacterial bloom was in the range of 40 - 117 mg/g dry mass of phytoplankton, reaching in the following years the value of 427 mg/g dry mass of phytoplankton, which was in the years 1995 and 1996 on the average 5.7ug/L. In the samples gathered in 1996 in Jeziorsko and Zalew Włocławski the average microcystin content was around 300 mg/g dry mass of phytoplankton. The presence of cyanobacterial toxins in Polish lakes and water reservoirs establishes new problems for Polish waterworks and laboratories dealing with water quality analysis. This article contains many hints on construction of experimental set-ups for the determination of cyanobacterial toxins in water reservoirs, in particular sampling methods, choice of filters for separation of cyanobacterial cells, parameters in sample enrichment by means of solid-phase extraction and analysis with high performance liquid chromatography, detection methods, etc.