Κυανοτοξίνες

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση

Οι κυανοτοξίνες είναι βιοτοξίνες, οι οποίες παράγονται από τα κυανοβακτήρια (γνωστά και ως κυανοφύκη), ένα φύλο των βακτηρίων.

Τα κυανοβακτήρια μπορούν να επικοίσουν οποιοδήποτε οικοσύστημα, κάθε χερσαίο και υδάτινο περιβάλλον, ακόμα και ακραία ενδιαιτήματα, όπως είναι οι έρημοι και οι θερμοπηγές. Στο υδάτινο περιβάλλον, και κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες, οι πληθυσμοί των κυανοβακτηρίων μπορεί να παρουσιάσουν εκθετική αύξηση, φαινόμενο γνωστό ως άνθιση. Κατά την άνθιση των κυανοβακτηρίων συγκεντρώνονται μεγάλες ποσότητες κυανοτοξινών στο οικοσύστημα, οι οποίες μπορούν να αποτελέσουν κίνδυνο για τη χλωρίδα, την πανίδα, αλλά και τη δημόσια υγεία.

Εικάζεται πως πάνω από σαράντα γένη κυανοβακτηρίων παράγουν τοξίνες, αλλά τα κύρια είναι τα Anabaena, Aphanizomenon, Cylindrospermopsis, Lyngbya, Microcystis, Nostoc και Planktothrix.

Xημική δομή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι κυανοτοξίνες, σύμφωνα με τη χημική τους δομή, κατατάσσονται σε τρεις ομάδες: κυκλικά πεπτίδια, αλκαλοειδή και λιποπολυσακχαρίτες.

Ομάδα τοξινών Κύριο όργανο-στόχος Γένη κυανοβακτηρίων
Κυκλικά πεπτίδια
Μικροκυστίνες Ήπαρ Microcystis, Anabaena, Planktothrix (Oscillatoria), Nostoc, Hapalosiphon,

Anabaenopsis

Νοντουλαρίνες Ήπαρ Nodularia
Αλκαλοειδή
Ανατοξίνη-α Νευρικές συνάψεις Anabaena, Planktothrix (Oscillatoria),

Aphanizomenon

Ανατοξίνη-α (S) Νευρικές συνάψεις Anabaena
Απλυσιατοξίνες Δέρμα Lyngbya, Schizothrix, Planktothrix (Oscillatoria)
Κυλινδροσπερμοψίνες Ήπαρ Cylindrospermopsis, Aphanizomenon,

Umezakia

Λυνγκμπυατοξίνη-α Δέρμα, γαστρεντερικό σύστημα Lyngbya
Σαξιτοξίνες Νευρικοί άξονες Anabaena, Aphanizomenon, Lyngbya,

Cylindrospermopsis

Λιποπολυσακχαρίτες (LPS)
Δυνητικά ερεθιστικό, προσβάλει οποιονδήποτε εκτεθειμένο ιστό Όλα

(Sivonen & Jones 1999)

Κυκλικά πεπτίδια[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα κυκλικά πεπτίδια είναι μικρά μόρια σε σχέση με άλλα κυτταρικά ολιγοπεπτίδια και πολυπεπτίδια (πρωτεΐνες), με μοριακό βάρος περίπου 800-1100. Περιέχουν είτε πέντε (νοντουλαρίνες) είτε εφτά (μικροκυστίνες) αμινοξέα, όπου τα δύο τελευταία αμινοξέα της γραμμικής πεπτιδικής αλυσίδας ενώνονται για να σχηματίσουν μια κυκλική δομή. Είναι διαλυτά στο νερό και, εκτός ίσως από κάποιες υδρόφοβες μικροκυστίνες, αδυνατούν να διαπεράσουν άμεσα τις λιπιδικές μεμβράνες ζωικών, φυτικών ή βακτηριακών κυττάρων, οπότε για να μπουν στο κύτταρο και να ασκήσουν την τοξική τους δράση χρησιμοποιούν πρωτεΐνες-μεταφορείς της μεμβράνης, οι οποίες κανονικά μεταφέρουν απαραίτητα, για το κύτταρο, θρεπτικά. Στα υδάτινα οικοσυστήματα οι ουσίες αυτές παραμένουν μέσα στα κύτταρα των κυανοβακτηρίων και απελευθερώνονται με τη λύση των κυττάρων τους.

Μικροκυστίνες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι μικροκυστίνες είναι κυκλικά επταπεπτίδια (κυκλικά πεπτίδια με επτά αμινοξέα) και πήραν το όνομά τους από το κυανοβακτήριο Microcystis aeruginosa, από όπου απομονώθηκαν για πρώτη φορά. Οι περισσότερες μικροκυστίνες έχουν τη γενική χημική δομή: κυκλο-(D-alanine-X-D-MeAsp-Z-Adda-D-glutamate-Mdha), όπου Χ και Ζ είναι μεταβλητά αμινοξέα, το D-MeAsp είναι το D-ερυθρο-β-μεθυλασπαρτικό οξύ, το Mdha είναι η Ν-μεθυλδεϋδροαλανίνη και το Adda είναι το 3-αμινο-9-μεθοξυ-2,6,8-τριμεθυλ-10-φαινυλδεκα-4,6-διενικό οξύ. Έχουν αναγνωριστεί μέχρι στιγμής πάνω από 80 διαφορετικες μικροκυστίνες και όλες έχουν ηπατοτοξική δράση.

Νοντουλαρίνες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι νοντουλαρίνες είναι κυκλικά πενταπεπτίδια (κυκλικά πεπτίδια με πέντε αμινοξέα) και πήραν το όνομά τους από το μοναδικό κυανοβακτήριο που τις παράγει, το Nodularia spumigena. Η πλειοψηφία των νοντουλαρίνων έχει γενική χημική δομή κυκλο-(D-MeAsp-L-arginine-Adda-D-glutamate-Mdhb), όπου το Mdhb είναι το 2-μεθυλαμινο-2-δεϋδροβουτυρικό οξύ. Πέρα από την παρόμοια δομή με τις μικροκυστίνες, οι δύο αυτές κατηγορίες τοξινών αναστέλουν τις πρωτεινικές φωσφατάσες των κυττάρων φυτών και θηλαστικών, προκαλώντας έτσι υπερφωσφορυλίωση και μαζική αποδιοργάνωση πολλών σημαντικών κυτταρικών μηχανισμών.

Αλκαλοειδή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα αλκαλοειδή είναι μια μεγάλη ομάδα ετεροκυκλικών αζωτούχων ενώσεων και παράγονται κυρίως από τα φυτά, αλλά και από κάποια βακτήρια. Είναι σταθερά βιοδραστικά και σχεδόν πάντα τοξικά. Εκτός από άνθρακα, υδρογόνο και άζωτο, τα αλκαλοειδή μπορεί να περιέχουν οξυγόνο, θείο και πιο σπάνια χλώριο, βρώμιο και φώσφορο. Οι μη-θειούχες αλκαλοειδείς τοξίνες των κυανοβακτηρίων είναι όλες νευροτοξικές (ανατοξίνες και σαξιτοξίνη), ενώ το θειούχο αλκαλοειδές κυλινδροσπερμοψίνη μπλοκάρει την πρωτεινική σύνθεση με επίδραση κυρίως στα ηπατικά κύτταρα. Μερικά κυανοβακτήρια παράγουν αλκαλοειδή που είναι κυρίως δερματοξικά (απλυσιατοξίνες, λυνγκμπυατοξίνη), αλλά έχουν συσχετιστεί και με τη γαστρεντερίτιδα και με πιο γενικά συμπτώματα όπως ο πυρετός.

Ανατοξίνη-α[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η ανατοξίνη-α είναι μια δευτεροταγής αμίνη μικρού μοριακού βάρους (ΜΒ=165) με χημικό τύπο C10H15NO, που παράγεται αποκλειστικά από τα κυανοβακτήρια. Απομονώθηκε για πρώτη φορά από το κυανοβακτήριο Anabaena flos-aquae. Ο τρόπος δράσης της είναι μέσω του νικοτινικού υποδοχέα της ακετυλοχολίνης, όπου ενεργεί ως ένα ανάλογο της ακετυλοχολίνης. Η ανατοξίνη-α δεν αποικοδομείται από την ακετυλοχολινεστεράση και αυτό προκαλεί μόνιμη διέγερση των μυϊκών ινών καταλήγοντας σε παράλυση και θάνατο. Έχει ονομαστεί «ταχύτατος παράγοντας θανάτου», καθώς μέσα σε 2-5 λεπτά μετά από ενδοπεριτοναϊκή έγχυση σε ποντίκια αυτά πεθαίνουν έπειτα από μυϊκούς σπασμούς, παράλυση και αναπνευστική ανακοπή.

Ανατοξίνη-α (S)[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η ανατοξίνη-α (S) είναι μια φυσική οργανοφωσφορική ένωση με χημικό τύπο C7H17N4O4P. Η χημική της δομή δε σχετίζεται με την ανατοξίνη-α, απομονώθηκε όμως από το ίδιο είδος κυανοβακτηρίου (Anabaena flos aquae) και παρουσιάζει παρόμοια τοξικότητα με αυτή. To (S) αντικατοπτρίζει τη σιελόρροια (salivation) που προκαλεί στα σπονδυλωτά.

Σαξιτοξίνες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι σαξιτοξίνες είναι μια ομάδα καρβαμιδικών αλκαλοειδών με χημικό τύπο C10H17N7O4 που παράγεται από κυανοβακτήρια και δινομαστιγωτά. Πήραν το όνομά τους από το οστρακοειδές Saxidomus giganteus, στο οποίο βρέθηκαν και αναγνωρίστηκαν πρώτη φορά. Τα οστρακοειδή διηθούν τροφή, η οποία συχνά αποτελείται από τοξικά δινομαστιγωτά και έτσι οι τοξίνες συσσωρεύονται σε αυτά. Για το λόγο αυτό, οι τοξίνες που συνδέονται με τα οστρακοειδή, όπως οι σαξιτοξίνες, ονομάζονται PSP (Parallytic Shellfish Poisons) τοξίνες και η δηλητηρίαση από κατανάλωσή τους PSP (Parallytic Shellfish Poisoning). Οι σαξιτοξίνες μπλοκάρουν τα κανάλια νατρίου στα νευρικά κύτταρα, αποτρέποντας τη δημιουργία κατάλληλου δυναμικού δράσης στα νεύρα και τις μυικές ίνες, οδηγώντας έτσι σε νευρομυϊκή παράλυση και θάνατο από αναπνευστική ανακοπή. Οι σαξιτοξίνες είναι από τις πιο ισχυρές φυσικές τοξίνες.

Κυλινδροσπερμοψίνες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η κυλινδροσπερμοψίνη είναι ένα τρικυκλικό αλκαλοειδές με ηπατοτοξίκη δράση που πρώτα αναγνωρίστηκε και απομονώθηκε από το κυανοβακτήριο Cylindrospermopsis raciborskii. Η δράση της διακρίνεται σε τέσσερα στάδια: αναστέλλει την πρωτεϊνική σύνθεση, προκαλεί πολλαπλασιασμό των μεμβρανών, συσσώρευση λιπιδίων στο εσωτερικό των κυττάρων και τελικά τα κύτταρα νεκρώνονται.

Απλυσιατοξίνες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι απλυσιατοξίνες (απλυσιατοξίνη και διβρωμοαπλυσιατοξίνη) είναι φαινολικές δισλακτόνες. Αρχικά αναφέρθηκαν ως τοξίνες του θαλάσσιου γυμνοσάλιαγκα Stylocheilus longicauda και στη συνέχεια ως συστατικά του βενθικού κυανοβακτηρίου Lyngbia majuscule, με το οποίο τρέφεται ο θαλάσσιος γυμνοσάλιαγκας. Οι τοξίνες αυτές είναι ισχυροί προαγωγείς όγκων και ενεργοποιητές της πρωτεϊνικής κινάσης C. Προκαλούν εξανθήματα και φουσκάλες στο δέρμα, διάρροια και αίσθηση καψίματος στο στόμα και το λαιμό.

Λυνγκμπυατοξίνη-α[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η λυνγκμπυατοξίνη-α έχει παρόμοια δράση με τις απλυσιατοξίνες, προκαλώντας δερματίτιδα, ερεθισμό των ματιών, αλλά και σοβαρές στοματικές και γαστρεντερικές φλεγμονές.

Λιποπολυσακχαρίτες (LPS)[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι λιποπολυσακχαρίτες είναι μεγάλα μόρια, αποτελούμενα από ένα λιπίδιο κι έναν πολυσακχαρίτη ενωμένα με ομοιοπολικό δεσμό. Συνήθως βρίσκονται στην εξωτερική μεμβράνη του κυτταρικού τοιχώματος των gram-αρνητικών βακτηρίων, συμπεριλαμβανομένων των κυανοβακτηρίων, όπου δημιουργούν συμπλέγματα με πρωτείνες και φωσφολιπίδια. Οι λιποπολυσακχαρίτες συμπεριφέρονται ως ενδοτοξίνες και μπορούν να προκαλέσουν ερεθισμό και αλλεργικές αντιδράσεις όταν έρθουν σε επαφή με κάποιο ιστό. Σε σχέση με τους λιποπολυσακχαρίτες άλλων παθογόνων gram-αρνητικών βακτηρίων, όπως η Salmonella, οι λιποπολυσακχαρίτες των κυανοβακτηρίων δεν έχουν τόσο ισχυρή τοξική δράση.

Βιβλιογραφία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • Chorus I., Bartram J., (1999). Toxic cyanobacteria in water: A guide to their public health consequences, monitoring and management.. E & FN Spon. ISBN ISBN 0-419-23930-8. 


Εξωτερικοί σύνδεσμοι[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

[1]