Επιπτώσεις των συγκεντρώσεων των μικροκυστινών σε υδρόβιους ζωικούς οργανισμούς

Abstract

Cyanobacteria have been known as natural components of ecosystems since 3 billion years. Nevertheless, cyanobacterial toxicity has been known to humans since 2000 years. Freshwaters of different trophic conditions are the main environments of cyanobacteria. The increased eutrophication and the cyanobacterial blooming can disturb the balance of a lake through many ways, like cyanotoxin production. Cyanotoxins can introduce animal and human health hazards. The most frequent cyanotoxins are the hepatotoxins microcystins and nodularins. The main toxicity mechanism of microcystins is the inhibition of protein phosphates 1 and 2A. The bioaccumulation of microcystins has been detected in aquatic and terrestrial animals. The aim of the present study is the enrichment of information, related to the presence of microcystin’s concentrations in Greek freshwaters and the effect of microcystins on aquatic organisms. The approach of the aim was conducted by a) the detection of microcystin concentrations in different lake waters, b) the detection of microcystin concentrations in tissues of fish species Carassius gibelio from different freshwaters, c) the assessment of the environmental parameters, which affect yearly microcystin concentrations in Lake Pamvotis, d) the assessment of different susceptibility in microcystins, among different length classes of fish species Rutilus panosi, e) the determination of seasonally distribution of microcystins in aquatic organisms of Lake Pamvotis, f) the assessment of microcystin biomagnification, g) the investigation of natural cyanobacterial extracts toxicity from Lake Pamvotis, h) the investigation of human health hazards from the presence of microcystins in Greek freshwaters. Microcystin concentrations were detected in all the studied lakes. The highest values of microcystins were detected in Lake Koronia concerning both concentrations in surface scum (15896 ng MC-LR eq /l) and in water (3748.6 ng MC-LR eq /l). The neighbouring Lake Volvi had the lowest concentrations in surface scum (1086 ng MC-LR eq /l) and in water (209.56 ng MC-LR eq /l) respectively. Significant concentrations were found in the remaining lakes. The concentrations of microcystins found in Greek freshwaters are comparable of those in other Mediterranean lakes. High microcystin concentrations were detected in Carassius gibelio’s tissues of Lakes: Koronia, Kastoria, Pamvotis, Doirani and Mikri Prespa. Microcystin concentrations were detected in liver (124.4 ±23.4 ng MC-LR eq /g), kidneys (63.3±12.2 ng MC-LR eq /g), brain (43.8±10.2 ng MC-LR eq /g), intestine (35.3±15.7 ng MC-LR eq /g), gonads (9.27±5.2 ng MC-LR eq /g) and muscle (7.1±2.5 ng MC-LR eq /g). High microcystin concentration was detected in brain, for the first time, supporting the possible neurotoxicity of microcystins. Microcystis, Anabaena and Aphanizomenon were the dominant cyanobacterial genus in Lake Pamvotis. Aqueous microcystin concentrations (0.10μg MC-LR eq /l - 8.5μg MC-LR eq /l) in Lake Pamvotis, during the year 2008 were lower than cell-bound microcystins (0.87μg MC-LR eq /l -11.54μg MC-LR eq /l). Microcystin concentrations in the littoral zone of Lake Pamvotis were higher than those in pelagic zone. Strong correlations were detected between microcystin concentrations and orthophosphate concentrations, chl-a concentrations, phycocyanin concentrations and water temperature. Microcystin concentrations were detected in liver (288.46 ng MC-LR eq /g-561.13 ng MC-LR eq /g), kidneys (194.32 ng MC-LR eq /g -542.20 ng MC-LR eq /g), brain (206.57 ng MC-LR eq /g -416.08ng MC-LR eq /g) and muscle (17.30 ng MC-LR eq /g - 20.15ng MC-LR eq /g) of Rutilus panosi. Microcystin concentrations were significant different between the different length classes of Rutilus panosi. Bigger-sized fishes accumulated lower microcystin concentrations in comparison to smaller-sized fishes.

Τα κυανοβακτήρια αποτελούν φυσικό κομμάτι του γήινου οικοσυστήματος, εδώ και 3 δισεκατομμύρια χρόνια, και η τοξικότητα τους ήταν ήδη γνωστή στον ανθρώπινο πληθυσμό εδώ και δύο χιλιάδες χρόνια. Εσωτερικά ύδατα με ποικίλα τροφικά επίπεδα αποτελούν τα συνηθέστερα ενδιαιτήματα των κυανοβακτηρίων. Ο ευτροφισμός των λιμνών και κατά συνέπεια η άνθηση των κυανοβακτηρίων είναι υπεύθυνες για μια σειρά δυσάρεστων γεγονότων που διαταράσσουν την ισορροπία των λιμναίων οικοσυστημάτων, ανάμεσα σε αυτά και η παραγωγή κυανοτοξινών. Οι κυανοτοξίνες είναι επικίνδυνες για τα ζώα και τον άνθρωπο, καθώς αυτές μπορούν να προκαλέσουν ασθένεια ακόμα και θνησιμότητα σε συγκεντρώσεις που απαντώνται στο φυσικό περιβάλλον. Από τις κυανοτοξίνες μεγαλύτερη εξάπλωση και αφθονία παρουσιάζουν οι ηπατοτοξίνες, όπως οι μικροκυστίνες και οι νοντουλαρίνες. Ο κύριος μηχανισμός τοξικότητας των μικροκυστινών είναι η μη αναστρέψιμη αναστολή των πρωτεϊνικών φωσφατασών 1 και 2Α. Η βιοσυσσώρευση των μικροκυστινών έχει αποδειχθεί σε μια πληθώρα υδρόβιων και χερσαίων οργανισμών. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η κάλυψη του κενού που υπάρχει στη διεθνή και ελληνική βιβλιογραφία σχετικά με την παρουσία των μικροκυστινών στα εσωτερικά ύδατα και την επίδραση των παραπάνω τοξινών στους υδρόβιους ζωϊκούς οργανισμούς. Η προσέγγιση του στόχου έγινε με α) τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης των μικροκυστινών (ενδοκυττάριων και εξωκυττάριων) στο νερό εσωτερικών υδάτινων οικοσυστημάτων της Ελλάδος, β) τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης των μικροκυστινών στους ιστούς τους ιχθύος Carassius gibeliο, των ελληνικών εσωτερικών υδάτινων οικοσυστημάτων, γ) την εκτίμηση των παραμέτρων της ποιότητας του νερού της λίμνης Παμβώτιδας, που συμβάλλουν στην ετήσια δυναμική των μικροκυστινών, δ) την εκτίμηση της διαφορετικής ευαισθησίας στις μικροκυστίνες, που εμφανίζουν οι ιχθύες του είδους Rutilus panosi, ανάλογα με το μέγεθος τους, ε) τον προσδιορισμό της εποχιακής κατανομής των μικροκυστινών σε υδρόβιους οργανισμούς της Λίμνης Παμβώτιδας, στ) την εκτίμηση της πιθανής βιομεγένθυσης των μικροκυστινών διαμέσου της τροφικής αλυσίδας, ζ) τον έλεγχο της τοξικότητας των κυανοβακτηριακών εκχυλισμάτων της Λίμνης Παμβώτιδας με τη χρήση βιοδοκιμών σε επίμυες και σε ιχθύες του είδους Danio rerio και η) τη διερεύνηση της πιθανής απειλής της δημόσιας υγείας από την παρουσία των μικροκυστινών στα ελληνικά εσωτερικά υδάτινα οικοσυστήματα. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης, ανιχνεύθηκαν σημαντικές ποσότητες μικροκυστινών στα εσωτερικά υδάτινα οικοσυστήματα που εξετάστηκαν (με τη χρήση της ενζυμοσυνδεόμενης ανοσοπροσροφητικής τεχνικής [ELISA]). Οι συγκεντρώσεις των μικροκυστινών διέφεραν σημαντικά ανάμεσα στα οικοσυστήματα. Στη Λίμνη Κορώνεια εντοπίστηκαν οι υψηλότερες συγκεντρώσεις εξωκυττάριων (3748.6 ng MC-LR eq /l) και ενδοκυττάριων μικροκυστινών (15896 ng MC-LR eq /l), σε σχέση με τα υπόλοιπα υδάτινα συστήματα. Αντιθέτως, στη Λίμνη Βόλβη εντοπίστηκαν οι χαμηλότερες συγκεντρώσεις εξωκυττάριων (209.56 ng MC-LR eq /l) και ενδοκυττάριων μικροκυστινών (1086 ngMC-LReq/l). Στα υπόλοιπα υδάτινα οικοσυστήματα, εντοπίστηκαν ενδιάμεσες συγκεντρώσεις εξωκυττάριων και ενδοκυττάριων μικροκυστινών. Από αυτά, υψηλές συγκεντρώσεις μικροκυστινών βρέθηκαν στις Λίμνες Καστοριά (3426 ng MC-LReq/l και 15842 ngMC-LReq/l για τις εξωκυττάριες και ενδοκυττάριες μικροκυστίνες, αντιστοίχως) και Παμβώτιδα (1791 ng MC-LReq/l και 11286 ng MC-LR eq /l για τις εξωκυττάριες και ενδοκυττάριες μικροκυστίνες, αντιστοίχως). Χαμηλότερες συγκεντρώσεις εντοπίστηκαν στις Λίμνες: Τριχωνίδα (230 ng MC-LReq/l και 1226 ngMC-LReq/l για τις εξωκυττάριες και ενδοκυττάριες μικροκυστίνες, αντιστοίχως) και Βεγορίτιδα (523 ng MC-LReq /l και 1346 ng MC-LReq /l για τις εξωκυττάριες και ενδοκυττάριες μικροκυστίνες, αντιστοίχως).