В московских прудах найдены токсичные штаммы цианобактерий

Ученые выявили в московских водоемах два штамма цианобактерии Microcystis aeruginosa, синтезирующих токсичные соединения микроцистины. Массовое размножение этих микроорганизмов, называемое «цветением воды», может привести к накоплению в водоеме токсинов. Это, в свою очередь, может представлять опасность для животных и человека. Поскольку некоторые из исследованных водоемов используются горожанами для купания и рыбалки, полученные данные указывают на необходимость регулярного контроля количества токсин-продуцирующих цианобактерий. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Toxins.

Цианобактерии — бактерии, способные фотосинтезировать, — населяют большинство водоемов мира и служат пищей для мелких ракообразных и рыб, а также источником кислорода. В определенных условиях, например, при длительной жаре и избытке питательных веществ в воде, эти микроорганизмы могут массово размножаться и вызывать цветение воды. При этом некоторые цианобактерии производят ядовитые для рыб, птиц и млекопитающих соединения — цианотоксины. Попадая в организм, эти вещества могут поражать нервную систему, печень, кожу и другие органы. Поэтому цветения токсин-продуцирующих видов необходимо отслеживать, особенно в рекреационных водоемах. Однако до сих пор недостаточно данных, насколько распространены токсичные и потенциально токсичные цианобактерии в водоемах России, в том числе расположенных на территориях крупных городов.

Ученые из Института физиологии растений имени К.А. Тимирязева РАН (Москва) исследовали способность цианобактерий, обитающих в водоемах Москвы, вырабатывать токсины.

Авторы работы взяли образцы воды и придонных отложений из 12 городских водоемов: Москвы-реки, Гребного канала в районе Крылатское и 10 прудов в районах Крылатское, Марфино, Одинцовский и Останкинский. Часть водоемов жители активно используют для отдыха, например, ловли рыбы, купания, катания на лодках и катамаранах.

Всего ученые выделили 20 штаммов цианобактерий, принадлежащих к родам Dolichospermum, Aphanizomenon, Anabaena, Woronichinia, Argonema и Microcystis. Авторы оценили, есть ли в полученных штаммах гены, участвующие в синтезе токсинов. После этого для подтверждения содержания опасных веществ применили высокоэффективную жидкостную хроматографию-масс-спектрометрию высокого разрешения — подход, который позволяет выявить присутствие микроцистинов и определить их структурные варианты.

«В большинстве исследований, проведенных в нашей стране, присутствие генов синтеза цианотоксинов и содержание этих веществ определяли в смешанной биомассе цианобактерий из природного образца. Наш подход отличается тем, что мы работаем со штаммами. Это позволяет точно установить продуцента цианотоксинов. При этом в ходе работы для всех штаммов мы получаем нуклеотидные последовательности или так называемый молекулярный "штрих-код". По этому "штрих-коду" в дальнейшем можно достаточно точно оценить развитие и распространение токсичных видов при помощи современных подходов высокопроизводительного секвенирования или метабаркодинга», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Елена Кезля, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории молекулярной систематики водных растений Института физиологии растений имени К.А. Тимирязева РАН.

Анализ показал, что два штамма цианобактерии Microcystis aeruginosa (CBMC403m и CBMC523m) синтезируют микроцистины — гепатотоксины, нарушающие работу клеток печени у животных и человека. При этом 20–28% от общего количества этих соединений составляет микроцистин-лейцин-аргинин — одно из самых токсичных веществ в семействе микроцистинов. В высоких концентрациях он вызывает поражение печени, однако при небольшом количестве продуцирующих его цианобактерий в воде (в отсутствие массового размножения) не оказывает влияния на здоровье человека.

«Стоит отметить, что один из токсичных штаммов Microcystis aeruginosa (CBMC523m) выделен из Мещерского пруда, который активно используется жителями мегаполиса для купания в летний период. В обычных условиях эти микроорганизмы не создают никакой угрозы, но в случае массового размножения могут представлять некоторую опасность для здоровья людей. Поэтому результаты, полученные в нашем исследовании, послужат основой для разработки эффективной системы мониторинга, которая позволит быстро и точно выявлять токсин-продуцирующих цианобактерий в воде. В дальнейшем мы планируем оценить разнообразие цианобактерий и распространение токсичных и потенциально токсичных видов в водоемах города Москвы при помощи метабаркодинга. А все полученные в ходе этого этапа работы молекулярные “штрих-коды” станут основой расшифровки этих данных», — подводит итог Елена Кезля.

В исследовании принимали участие сотрудники Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва), Санкт-Петербургского Федерального исследовательского центра РАН (Санкт-Петербург), Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург) и Института биохимии и физиологии микроорганизмов имени Г.Н. Скрябина РАН (Пущино).