JEDY SINIC (CYANOTOXINY)

• Co jsou to sinice?
• Toxiny sinic
• Dělení toxinů sinic

Co jsou to sinice?

Sinice (cyanobakterie) je označení pro fotosyntetizující gramnegativní eubakterie o velikosti buněk většinou 1-10 mikrometrů. Z tohoto popisu vyplývá také složitost jejich začlenění pro vědu. O cyanobakterie se zajímají botanici, kteří je nazývají cyanoprokaryofyta, ekologové, toxikologové a mikrobiologové je nazývají cyanobakterie. Botanici se o ně zajímají proto, že jde o skupinu nejstarších organismů, které jsou schopny fotosyntetické asimilace stejně, jako vývojově mladší eukaryotní řasy a rostliny. Jednotlivé taxony cyanobakterií tvoří buď jednobuněčné, vláknité nebo koloniální uspořádání buněk. Kromě vegetativních buněk se u vláknitých sinic vyskytují heterocyty (sloužící k fixaci molekulárního dusíku) a artrospory (akinety) které slouží stejně jako spory bakterií k překonání nepříznivých podmínek.

Podle fosilních nálezů měly cyanobakterie významný podíl na vytvoření kyslíkaté atmosféry na Zemi, objevily se v prekambriu před 3-2,5 miliardami let a před 2 miliardami let se staly dominující skupinou organismů na Zemi. Vlastní vývoj cyanobakterií souvisí s anaerobními fotosyntetizujícími bakteriemi (chlorobakterie a purpurové bakterie), které jsou považovány za jejich předky. Samy cyanobakterie však představují slepou vývojovou větev.

Jenobuněčné a koloniální sinice se rozmnožují dělením buněk, vláknité se rozmnožují hormogoniemi, nebo akinetami. Všeobecně je uznáváno nepohlavní rozmnožování, i když existují nepřímé důkazy o rekombinace genů v parasexuálním procesu.

Z tohoto popisu vyplývá, že cyanobaktérie jsou schopny přežívat v nejrůznějších podmínkách, nalezneme je jak v Antarktidě, tak v horkých vřídlech, jako symbiotické organizmy v lišejnících v čistém horském prostředí tak v odpadních a zamořených odpadních a radioaktivních vodách. Jsou schopny přijímat organické látky jako heterotrofní bakterie, tak žít ze světla a minerálních živin jako rostliny. Tento fakt je velmi nepříznivý především tehdy, uvažujeme-li o jejich potlačení.

Z vývojového hlediska říkáme že sinice jsou prokaryota (bakterie) a řasy eukaryota (tedy organizačně vyspělejší). S tím souvisí také typ metabolismu a produkce různých biologicky aktivních látek . Cyanobakterie produkují širokou škálu látek, kterými mohou ovlivňovat své okolí. Patří sem oligosacharidy, organické kyseliny, peptidy, hormony, enzymy, antibiotika, polysacharidy, ale také pachy, pachutě a toxiny. Tři posledně jmenované skupiny látek se výrazně projevují tehdy, chceme-li používat vodu pro rekreační a vodárenské účely.

Toxiny sinic

Toxiny sinic (cyanotoxiny) jsou látky sekundárního metabolismu, tedy látky, které nejsou využívány organismem pro jeho primární metabolismus. Srovnáváme-li je s ostatními přírodními toxiny, jsou toxičtější než toxiny vyšších rostlin a hub, avšak jsou méně toxické než bakteriální toxiny (toto srovnání ukazuje tabulka).

Ačkoliv otravy domácích zvířat a lovné zvěře sinicemi vodního květu jsou známy již z 19. století, teprve v posledních deseti letech byl umožněn detailní výzkum cyanotoxinů, jejich molekulární struktury a principu účinku.

Již ze začátku minulého století jsou známy otravy dobytka způsobované v USA, Kanadě a Austrálii sinicemi Aphanizomenon flos-aquae, Anabaena flos-aquae a Microcystis aeruginosa. V Evropě se v současné době považují za nejtoxičtější sinice rodu Microcystis a Planktothrix. Z vláknitých sinic vodního květu patří k silně toxickým Anabaena flos-aquae, A. spiroides, A. circinalis, A. lemmermannii, Planktothrix rubescens, P. agardhii, dále Gomphosphaeria a Anabaenopsis.

Obecným trendem je přibývání masových rozvojů vodních květů sinic v celosvětovém měřítku. To plně souhlasí se situací v ČR. Nejvíce jsou postiženy mělké eutrofizované nádrže a pomalu tekoucí vodní toky. Nejčastěji pozorované úhyny domácích a divokých zvířat, dříve vysvětlované kyslíkovými deficity, byly po histopatologických vyšetřeních objasněny právě přítomností toxinů sinic. Začátkem devadesátých let pak byly podrobně zkoumány nálezy nádorových onemocnění v souvislosti s microcystinem.

Toxické látky sinic a řas jsou celosvětovým problémem, ale v ČR je jim zatím věnována jen malá pozornost. Zahraniční epidemiologické studie prokázaly teratogenní vliv i hepatotoxické, embryotoxické, imunotoxické, neurotociké, dermatotoxické a další efekty cyanotoxinů na zdraví obyvatel.

Dělení toxinů sinic

Moderně dělíme cyanotoxiny na:

• neurotoxiny,
• paralytické toxiny,
• hepatotoxiny,
• Tumor Promoting Factors (tyto stimulují 2. a 3. fázi kancerogeneze),
• cytotoxiny,
• prymneotoxiny,
• embryotoxiny,
• dermatotoxiny,
• genotoxiny a mutageny,
• imunotoxiny a imunomodulátory,
• řasy a sinice jako alergeny. 

Jednotlivé toxiny mají často smíšenou biologickou aktivitu. Například hepatotoxický microcystin L-R patří mezi aktivní "tumor promoting factors", způsobuje chromozomové aberace a snižuje imunitní odezvy. Populace jednoho druhu může také produkovat souběžně několik druhů toxinů. Srovnáváme-li je s ostatními přírodními toxiny, jsou toxičtější než toxiny rostlin a hub a jsou méně toxické, než bakteriální toxiny (viz výše uvedená tabulka).

Jiné dělení cyanotoxinů vychází z chemické struktury toxinů a někteří autoři dělí cyanotoxiny dle typů molekul na cyklické a lineární peptidy, alkaloidy a lipopolysacharidy.