Floridas 156 Meilen lange Indian River Lagoon (IRL) grenzt an fünf verschiedene Landkreise und verfügt über fünf Buchten, die die Lagune mit dem Atlantischen Ozean verbinden. Aufgrund erhöhter saisonaler Temperaturen und Umwelteinflüsse kam es in dieser Flussmündung in letzter Zeit zu zahlreichen Phytoplanktonblüten.
Algenblüten produzieren eine Vielzahl kleiner organischer Moleküle, von denen viele für Menschen und Tiere giftig sein können. Zu diesen Phykotoxinproduzenten gehört Microcystis aeruginosa, ein Süßwasser-Cyanobakterium, das im südlichen IRL vorkommt. In Nasenabstrichen von Menschen, die in der Nähe leben und arbeiten, wurden messbare Mengen an Microcystinen gefunden. Der Nachweis von Microcystinen in Schleimhäuten kann jedoch ein Beweis dafür sein, dass der Körper seine Aufgabe erfüllt, sie zu beseitigen.
Um potenzielle Gefahren für die menschliche Gesundheit aufzudecken, die mit schädlichen Algenblüten im IRL einhergehen, sammelten Forscher des Harbor Branch Oceanographic Institute der Florida Atlantic University über einen Zeitraum von drei Jahren während der Regen- und Trockenzeit Wasserproben von 20 Standorten in der Lagune.
Die Proben wurden extrahiert, um organische Moleküle zu konzentrieren, und diese Extrakte wurden für Tests verwendet. Um das Vorhandensein bekannter oder neu auftretender Toxine zu identifizieren, verwendeten die Forscher eine Reihe immortalisierter menschlicher Zelllinien aus Leber, Niere und Gehirn, um die Zytotoxizität zu messen. In der Studie wurden auch menschliche Zelllinien verwendet, die so konstruiert wurden, dass sie Ionentransporter, rote Blutkörperchen und die Aktivität gegen ein Proteinphosphatase-Enzym exprimieren.
Diese Zellen und biologischen Aktivitäten wurden ausgewählt, da sie bekanntermaßen von Algentoxinen beeinflusst werden und einzigartige Aktivitätsmuster für bekannte Toxine aufweisen.
Proben wurden in hohen Konzentrationen getestet, um möglichst viele Metaboliten nachzuweisen, und diejenigen, die eine Zytotoxizität von mehr als 50 Prozent aufwiesen, wurden als aktiv angesehen. Proben, die eine hohe Toxizität aufwiesen, wurden außerdem einer hochauflösenden Massenspektrometrie-Analyse mit Flüssigkeitschromatographie unterzogen, um die in der Probe vorhandenen Metaboliten zu bewerten.
Ergebnisse der Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Giftstoffezeigen, dass jedes Kontrolltoxin ein konsistentes Zytotoxizitätsmuster in der Gruppe der untersuchten menschlichen Zelllinien hervorrief. Während der Blüte war anhand dieses Musters die Zytotoxizität aufgrund einer einzelnen Toxinart offensichtlich. Wenn keine Blüten vorhanden waren, spiegelte die beobachtete Zytotoxizität entweder eine Mischung von Toxinen wider oder sie wurde durch ein nicht identifiziertes Toxin verursacht.
„Die interessanteste Beobachtung aus unserer Studie ist, dass wir mit den verwendeten Zelllinien die Muster bekannter Toxine verfolgen konnten“, sagte Esther Guzmán, Ph.D., korrespondierende Autorin und Forschungsprofessorin an der FAU Harbor Branch.
„Bekannte Toxine wurden nur während der Blüte beobachtet. Da Zelltoxizität auch ohne Blüte beobachtet wurde, deutet dies darauf hin, dass zu diesem Zeitpunkt entweder neu entstehende Toxine oder eine Kombination von Toxinen vorhanden sein könnten. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass andere Toxine möglicherweise schädlich für die menschliche Gesundheit sind.“ kann in der Lagune vorhanden sein.“
Zu den Studienergebnissen gehört, dass die nördlichsten Standorte der Lagune eine geringere Toxizität aufwiesen als Standorte im Süden. Sowohl im Süden (Microcystis) als auch im Norden (Pyrodinium) der Lagune wurden zytotoxische Blüten beobachtet. Da es keine Blüten gab, erschienen South Fork, South Fork 2, North Fork und Middle Estuary (Standorte eins bis vier) im südlichen IRL sowie Banana River und North Banana River (NASA) (Standorte 14 und 15) im nördlichen IRL zum Zeitpunkt der Beurteilung die größte Zytotoxizität aufweisen.
Im Gegensatz dazu schienen Jensen, Fort Pierce Inlet, Harbour Branch Link Port Canal, Vero Beach Land/Ocean Biogeochemical Observatory und Vero Beach Barber Bridge (Standorte sechs bis 10) gesünder zu sein, da es an diesen Standorten nur wenige Proben mit einer Zytotoxizität über 50 Prozent gab. obwohl es an diesen Standorten statistisch signifikante Unterschiede gab.
„Eine wichtige Frage, die wir in dieser Studie beantworten wollten, war, ob es unerkannte Toxine oder andere Signalmoleküle gibt, die mit schädlichen Algenblüten in der Lagune in Verbindung stehen“, sagte Amy Wright, Ph.D., Co-Autorin und Forschungsprofessorin an der FAU Harbor Zweig.
„Die bisher gesammelten Daten deuten darauf hin, dass dies tatsächlich der Fall ist. Wichtig ist, dass der Einsatz eines Testgremiums zur Beurteilung des Vorhandenseins toxischer Materialien eine bessere Überwachung der Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit ermöglichen könnte, insbesondere durch neu auftretende Toxine im System.“
Die Forscher stellen fest, dass Microcystine in der Lagune während der Blüte vor allem eine Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellen und dass das Toxin aufgrund der Notwendigkeit eines aktiven Transports aufgenommen oder eingeatmet werden müsste, um eine Gefahr für den Menschen darzustellen.
„Ein Verschlucken kann vermieden werden, indem Wasser durch Aktivkohle gefiltert wird“, sagte Guzmán. „In ähnlicher Weise werden Auswirkungen durch das Einatmen wirksam durch die Schleimhaut blockiert, die Giftstoffe einfängt, die anschließend durch Husten ausgeschieden werden. Es kann jedoch dennoch zu einer Exposition gegenüber Haustieren und Wildtieren kommen.“
Mehr Informationen:
Esther A. Guzmán et al., Eine Bewertung potenzieller Bedrohungen der menschlichen Gesundheit durch Algenblüten in der Indian River Lagoon (USA) 2018–2021: Einzigartige Muster der Zytotoxizität im Zusammenhang mit Toxinen, Giftstoffe (2023). DOI: 10.3390/toxins15110664