Cylindrospermopsin

Das lebertoxische Agens Cylindrospermopsin (CYN) wurde vor ca. 20 Jahren im Rahmen einer Trinkwasserkalamit?t in Australien aus dem Cyanobakterium Cylindrospermopsis raciborskii isoliert. Es wird als potenziell kanzerogen eingestuft. Toxikologen haben einen Grenzwert von 1 μg/L für CYN im Trinkwasser vorgeschlagen – ?hnlich dem von der WHO empfohlenen Leitwert für das Cyanotoxin Microcystin.

Inhaltsverzeichnis

 

Cylindrospermin in Deutschland

Auch in unseren gem??igten Breiten wird seit 20 Jahren zunehmend das Auftreten der ursprünglich tropischen Cylindrospermopsis raciborskii beobachtet. Daher stellte sich Ende der 1990er Jahre die Frage, ob auch in unseren Gew?ssern mit Cylindrospermopsin zu rechnen ist.

Zur Kl?rung dieser Frage hat das Umweltbundesamt zusammen mit der Brandenburgischen Technischen Universit?t Cottbus von 1999 - 2003 (DFG-Projekt) erstmalig in Deutschland das Vorkommen von Cylindrospermopsin sowie der Art Cylindrospermopsis raciborskii untersucht. Es konnte erstmals Cylindrospermopsin in zwei Brandenburger Gew?ssern nachgewiesen werden, die aus diesen Gew?ssern isolierten St?mme von Cylindrospermopsis raciborskii produzierten jedoch kein Cylindrospermopsin.?
Diese ersten Ergebnisse warfen weitere Fragen auf: Wie verbreitet ist Cylindrospermopsin in Deutschland, welche Arten k?nnen es produzieren und wie gut k?nnen diese Arten sich in Deutschland entwickeln, und wie gut wird Cylindrospermopsin im Gew?sser und im Untergrund abgebaut? An ihrer Kl?rung arbeitet das ⁠UBA⁠ in Kooperation mit der BTU Cottbus, dem Institut für Gew?sser?kologie und Binnenfischerei sowie der TU Berlin in verschiedenen Projekten (CYLIN, NOSTOTOX, DFG-Projekt ?Abbau von Cylindrospermopsin“). Die wichtigsten Ergebnisse für die Trink- und Badewasserhygiene sind folgende.

 

Verbreitung und Konzentrationen von Cylindrospermopsin

  • In etwa der H?lfte von 127 in 2004 untersuchten Gew?ssern im Nordosten Deutschlands wurde Cylindrospermopsin nachgewiesen, womit dieses Toxin ?hnlich h?ufig vorkommt wie das Cyanotoxin Microcystin; Weitere Daten aus 2007/08 best?tigten dieses Muster.
  • Die Konzentrationen in den Gew?ssern Berlins und Brandenburgs lagen zumeist im Bereich von < 1 bis 13 μg/l, vereinzelt wurden bis zu 40 μg/l gefunden. Dies schlie?t allerdings deutlich h?here Cylindrospermopsinkonzentrationen nicht aus (siehe Cylindrospermopsin-Produktion).
  • In den meisten F?llen lag bis zu 80 % oder mehr des gesamten Cylindrospermopsins gel?st im Wasser vor - in Extremf?llen sogar nahezu das gesamte Cylindrospermopsin. Hiermit unterscheidet sich Cylindrospermopsin deutlich vom Microcystin, das überwiegend zellgebunden und kaum im Wasser gel?st vorkommt.
  • Gel?stes Cylindrospermopsin nimmt im Gew?sser oft nur langsam ab (siehe Abbau). Daher k?nnen bei anf?nglich hohen Konzentrationen (z. B. 8 μg/l) auch Wochen und Monate nach Absterben des produzierenden Organismus noch Konzentrationen > 1 μg/l vorliegen.
 

Cylindrospermopsin-Produktion

  • Aphanizomenon flos-aquae wurde als heimischer Cylindrospermopsin-Produzent identifiziert. Weitere Freilanduntersuchungen weisen jedoch auch auf Aphanizomenon gracile und Anabaena als Produzenten. Die weite Verbreitung dieser Arten im heimischen Phytoplankton erkl?rt zum Teil die H?ufigkeit des Cylindrospermopsinvorkommens.
  • Die Gehalte an Cylindrospermopsin pro ⁠Biomasse⁠ lagen in den Aphanizomenon St?mmen zwischen 2 und 7 mg pro g Trockenmasse und somit im ?hnlichen Bereich wie die Microcystingehalte anderer ⁠Cyanobakterien⁠-Arten. Das bedeutet, dass wesentlich h?here Cylindrospermopsin-Konzentrationen vorkommen k?nnen, falls die Biomasse von Aphanizomenon (i) hoch ist und (ii) vorwiegend aus solchen St?mmen bestehen sollte, die dieses Toxin produzieren. Im Falle der bislang untersuchten Proben waren die Mengen an Cylindrospermopsin-produzierenden Aphanizomenon (und/oder anderer Arten) in den Freilandpopulationen vermutlich eher gering.
  • Nach wie vor gibt es keinen Hinweis darauf, dass die in unseren Gew?ssern vorkommenden St?mme der Art Cylindrospermopsis raciborskii Cylindrospermopsin produzieren.
 

Verhalten von Cylindrospermopsin im Wasser und Sediment

  • Cylindropsermopsin adsorbiert nicht an sandiges Sediment, sondern lediglich an organische Substanz.
  • Ein in Labors?ulenversuchen ermittelter bakterieller Abbau fand erst nach einer lag-Phase von 20 Tagen statt, in der sich die Bakterienpopulation heranbildet. Ist diese einmal vorhanden wird Cylindrospermopsin unter aeroben Bedingungen und bei 20°C nach 5 Tagen vollst?ndig abgebaut. Die Abbauraten werden im Wesentlichen durch die Anwesenheit und Beschaffung des gel?sten organischen Kohlenstoff (DOC) bestimmt. Unter anaeroben Bedingungen ist der Abbau stark verlangsamt.
  • Unter naturnahen Versuchsbedingungen erwies sich eine langsame Flie?rate (0,2 m/d) als Grundvoraussetzung für den Cylindrospermopsin-Abbau.
  • Ein Abbau im für die Versuche verwendeten Teichwasser konnte nicht festgestellt werden, was die Beobachtungen aus dem Freiland best?tigt.
 

Bedeutung für die Trink- und Badewasserhygiene

Badegew?sser

  • Die bislang in Deutschland gemessenen Cylindrospermopsinkonzentrationen sind so gering, dass sie beim Baden keine akute Gef?hrdung verursachen.
  • Da jedoch auch hohe Konzentrationen nicht auszuschlie?en sind, sind die üblichen Vorsichtsma?nahmen beim Baden in Gew?ssern mit Cyanobakterienvorkommen unbedingt zu beachten – d.h. insb. Vermeiden der Aufnahme von Wasser (Verschlucken; Aspiration)

Trinkwasser

  • Das überwiegende Auftreten von Cylindrospermopsin in der gel?sten Fraktion hat für die Trinkwasseraufbereitung zur Folge, dass eine Elimination durch die Entfernung der Zellen, wie im Fall des überwiegend zellgebunden? Microcystins, im Filtrationsprozess deutlich weniger wirksam ist. Jedoch ist Cylindrospermopsin bei der Trinkwasseraufbereitung durch Ozon und Chlor (weniger Chlordioxid) gut beherrschbar.
  • Welker, M., H. Bickel, and J. Fastner (2002): HPLC-PDA detection of cylindrospermopsin – opportunities and limits. Water Research 36:4659-4663.
  • Neilan, B., M. Saker, J. Fastner, A. T?r?kné and P. B. Burns (2003): Phylogeography of the invasive cyanobacterium Cylindrospermopsis raciborskii. Mol Ecol. 12:133-140.
  • Fastner, J., R. Heinze, A.R. Humpage, U. Mischke, G.K. Eaglesham and I. Chorus (2003). Cylindrospermopsin occurrence in two German lakes and preliminary assessment of toxicity and toxin production of Cylindrospermopsis raciborskii (Cyanobacteria) isolates

    Toxicon 42:313-321.

  • T?r?kne A, Asztalos M, Bankine M, Bickel H, Borbely G, Carmeli S, Codd GA, Fastner J, Huang Q, Humpage A, Metcalf JS, Rabai E, Sukenik A, Suranyi G, Vasas G, Weiszfeiler V. (2004): Interlaboratory comparison trial on cylindrospermopsin measurement.

    Anal Biochem. 332:280-4.

  • Preu?el, K. A. Stüken, C. Wiedner, I. Chorus and J. Fastner (2006): First report on cylindrospermopsin producing Aphanizomenon flos-aquae (Cyanobacteria) isolated from two German lakes. Toxicon. 47:156-162.
  • Fastner, J., J. Rücker, A. Stüken, K. Preussel, B. Nixdorf, I. Chorus, A. K?hler, C. Wiedner (2007): Occurrence of the cyanobacterial hepatotoxin cylindrospermopsin in Northeast Germany. Env. Toxicol. 22:26-32
  • Rücker, J., Stüken, A., Nixdorf, B., Fastner, J., Chorus, I., Wiedner, C. (2007): Concentrations of particulate and dissolved cylindrospermopsin (CYN) in 21 Aphanizomenon dominated lakes of North East Germany. Toxicon.50(6): 800-809.
  • Wiedner C, Rücker J, Fastner J, Chorus I, Nixdorf B.(2008): Seasonal dynamics of cylindrospermopsin and cyanobacteria in two German lakes.

    Toxicon 52:677-86.

  • Preussel, K., Wessel, G., Fastner, J., Chorus, I. (2009): Response of cylindrospermopsin production and release in Aphanizomenon flos-aquae (Cyanobacteria) to varying light and temperature conditions. Harmful Algae 8(5):645-650.
  • Klitzke S, Apelt S, Weiler C, Fastner J, Chorus I. (2010): Retention and degradation of the cyanobacterial toxin cylindrospermopsin in sediments - The role of sediment preconditioning and DOM composition. Toxicon. 55(5):999-1007.
Teilen:
Artikel:
Drucken Senden
Schlagworte:
 Cylindrospermopsin  Krebs  Bakterium  Gew?sser  toxisch