Новый метод "обнюхивания" выявляет токсичные цветения водорослей
Исследователи из Университета штата Орегон разработали новый способ мониторинга опасности, связанной с цветением водорослей: "обнюхивание" воды для обнаружения газов, ассоциированных с токсинами.
Учёные обнаружили, что определённые комбинации летучих органических соединений (ЛОС), выделяемых водорослями, могут служить индикатором микроцистина — токсина, вырабатываемого в различных концентрациях во время цветения цианобактерий (сине-зелёных водорослей).
Разные виды цианобактерий производят разные токсины, которые чаще всего вызывают желудочно-кишечные заболевания и острые кожные высыпания, а также могут быть смертельными. В 2017 году более 30 голов крупного рогатого скота погибли после употребления загрязнённой воды из водохранилища Джуниперс в Орегоне; цветения также представляют особую угрозу для собак, заходящих в поражённые озёра.
Хотя исследование касалось только одного озера и одного токсина, оно демонстрирует потенциал ЛОС для мониторинга критически важных водных путей.
Потенциал метода
- ЛОС — это углеродсодержащие химические вещества с высокой тенденцией к переходу в газообразное состояние. Выделяемые цианобактериями ЛОС, по-видимому, отражают физиологический статус водорослей во время токсичного цветения.
- Метод, описанный в исследовании, опубликованном в mSystems, является «очень творческим новым подходом, который лучше и дешевле современных методов мониторинга».
- Работа предполагает, что ЛОС могут использоваться для индикации других важных изменений в окружающей среде, таких как возникновение дефицита кислорода в водных системах или загрязнение домоевой кислотой в прибрежных экосистемах.
Актуальность проблемы
Цианобактерии, способные к быстрому размножению в тёплой, богатой питательными веществами среде, образуют вредоносные цветения (HABs). Эти цветения могут происходить в любое время года, но чаще всего — с весны до осени.
- В 2018 году HAB нарушил систему питьевого водоснабжения в Сейлеме (Орегон).
- В 2007 году национальное исследование Агентства по охране окружающей среды США (EPA) обнаружило микроцистин (признанный токсин для печени и потенциальный канцероген) в каждом третьем исследованном озере.
- Годовые экономические потери от HAB только в США консервативно оцениваются в $2–4 млрд, а изменение климата, вероятно, усугубит проблему.
Детали исследования
Учёные проанализировали двухлетние пробы воды из восьми локаций на озере Верхний-Кламат и рядом с ним. Это озеро важно для сельского хозяйства, рекреации, культуры и subsistence коренных народов, а также для рыб и дикой природы, но его качество воды ухудшилось за последние 50 лет.
- Не все цветения в озере приводят к токсичным уровням микроцистина, а начало и уровень выработки токсина были в значительной степени непредсказуемы.
- Клетки водорослей всегда производят немного микроцистина, но могут достичь «переломного момента» чрезмерной зависимости от него, и тогда уровни в воде становятся токсичными.
- Анализируя 227 растворённых в воде ЛОС, исследователи определили подмножества соединений, связанные с разными уровнями микроцистина.
- Статистический анализ этих подмножеств ЛОС лучше предсказывает уровень токсина, чем currently используемые методы (оценка цвета воды и подсчёт клеток).
Перспективы
- Теперь, когда известны конкретные подмножества соединений-предикторов токсичности, возможно, нужно измерять только их.
- Дальнейшие исследования, включая сотрудничество с городом Сейлем и комиссией Eugene Water and Electric Board, будут изучать, могут ли газообразные молекулы предсказывать начало и окончание токсичной фазы в рамках события цветения.
- ЛОС также можно использовать для общей оценки состава микробного сообщества (относительного обилия цианобактерий по сравнению с другими микробами), что является потенциально «ещё одним элементом головоломки прогнозирования».