Cianobakteriális toxinok és cianobaktérium kivonatok citotoxicitásának összehasonlító vizsgálata CHO-K1 sejteken

Dátum
2009-12-18T07:03:34Z
Folyóirat címe
Folyóirat ISSN
Kötet címe (évfolyam száma)
Kiadó
Absztrakt

Napjainkban egyre gyakoribb probléma a Föld felszíni vizeinek szennyeződése és ennek káros következményei. Az eutrofizáció jelenségét az ’50-es években kezdték el felismerni, mely azóta is jelentős károkat okoz a vízfelhasználás legkülönbözőbb területein. A múlt század nyolcvanas éveiben súlyos veszélyt jelentett az ivóvíztermelés biztonságára a Balatonban a potenciális toxintermelő cianobaktériumok tömeges elszaporodása. Munkánk célja az volt, hogy egy toxicitási felmérést készítsünk különböző cianotoxinok (cilindrospermopszin (CYN) és mikrocisztin-LR (MC-LR)) valamint cianobakteriális kivonatok (AQS, ACT 9502, ACT 9503, ACT 9504, ACT 9505) CHO-K1 sejtkultúrára gyakorolt hatásairól. Ismeretes, hogy bizonyos C. raciborskii izolátumok toxikusnak bizonyultak mind sejtkultúrán, mind egereken végzett kísérletek esetében (Fastner és mtsai., 2003), annak ellenére, hogy a szóban forgó törzsek, eddigi tudásunk szerint ismert toxint nem termeltek. Eredményeink alapján elmondhatjuk, hogy a cianotoxinok koncentráció-dependens módon megváltoztatják a CHO-K1 sejtek kromatin kondenzációjának folyamatát, a citoszkeleton (mikrofilamentáris és mikrotubuláris) struktúráját, valamint a sejtmembrán permeabilitását. Ezen eredmények CYN esetében a toxin protein szintézist gátló hatásával magyarázhatók, míg MC-LR esetében annak protein foszfatáz gátló képességével. A C. raciborskii-ből készült kivonatok az általunk végzett különböző tesztekben eltérő toxicitásúaknak bizonyultak. A vizsgált 4 paraméter alapján (kromatinkondenzáció, mikorfilamentáris és mikrotubuláris rendszeren kifejtett hatás, illetve a sejtmembrán integritásának vizsgálata LDH enzimaktivitás változásának mérésével) az egyes törzsek eltérő hatásokat mutattak. Mindegyik tesztben toxikusnak bizonyult a bizonyítottan CYN-t termelő AQS törzs, a balatoni izolátumok közül pedig az ACT 9502-es és az ACT 9504-es. A toxicitás mértéke az AQS törzsnél volt a legnagyobb, mely ismert toxin (CYN) tartalmával magyarázható. AQS kivonat esetében toxikusabb hatást kaptunk, mint annak toxintartalma szerint elvártuk. Ennek hátterében az állhat, hogy a kivonatokban lévő különböző anyagok között szinergesztikus hatás léphet fel. Ezért célszerű nem csak a tisztított toxinok, hanem a kivonatok toxicitását is jellemezni. A két hazai törzs közül az ACT 9504 toxicitása kifejezettebb volt, mint az ACT 9502, mind a kromatin kondenzálódás, mind a mikrofilamentáris rendszer tekintetében. Közepesen toxikusnak bizonyult az ACT 9505-ös törzs és legkevésbé toxikusnak pedig az ACT 9503-as. A kivonatokban lévő hatóanyag(ok) még nem ismertek, így pontos hatás mechanizmusukat sem tudjuk leírni. A mai napig kísérletek folynak a kivonatokban lévő toxikus anyagok azonosítása céljából. Az általunk használt különböző tesztek valamennyien alkalmazhatóak voltak a tisztított cianotoxinok és a cianobaktérium kivonatok toxicitásának monitorozására. Valamennyi alkalmazott módszert külön-külön és kombinációban is javasoljuk a cianotoxinok és cianobakteriális kivonatok gyors toxikológiai elemzésére. The contamination of the Earth’s surface waters and its consequences are common problems nowadays. The eutrophication has become more widespread in ’50 years, it has caused remarkable deteriorations in different fields of the aquatic environment. The proliferation of C. raciborskii in Lake Balaton has been documented in late 1970s and early 80s and caused danger for water supplies. The aim of our study was to monitor the toxic effects of different cianotoxins (cylindrospermopsin (CYN) and microcystin-LR (MC-LR)) and extracts of cyanobacterium strains (AQS, ACT9502, ACT 9503, ACT 9504, ACT 9505) on CHO-K1 cells. It is known there are several C. raciborskii isolates, which have been proven to be toxic both to cell cultures and in mouse bioassay as well, however none of them contained known toxins (Fastner et al., 2003). Our results clearly show that the cyanotoxins have effects on chromatin condensation, on cytoskeleton structure (both microfilamentary and microtubular system) and on membrane permeability in a concentration and time dependent manner. These results can be explained in the case of CYN by its ability to inhibit protein sythesis and the effects of MC-LR can be traced back to its protein phosphatase inhibitory effects. The toxic effects of the extracts from C. raciborskii strains were various at the different tests. The strains showed different effects on the four investigated parameters mentioned above. The CYN producing AQS strain, the ACT 9502, ACT 9504 strains isolated from Lake Balaton proved to be toxic in all tests. The level of the toxicity was the highest in AQS and was due to its CYN content. However, the toxicity of the extract obtained from AQS was much higher than expected taking into consideration its CYN content. This extract could contain several other metabolites besides not excluding the possibility of their synergestic impact on CYN’s toxicity. Based on our results we suggest a monitoring system consisting of several test which proved to be useful not only for purified cyanotoxins and recommend their application in a more economic and time saving manner for extracts of algae isolated from lakes such as the Balaton. The ACT 9504 was the most toxic among the strains isolated from Lake Balaton, followed by ACT 9502 and even less toxic ACT 9505 and the least toxic was ACT 9503. As the chemical analysis of the composition and distribution of toxic metabolite(s) in the extracts have not been done yet so far we are not able to explain the individual mechanism of toxicity. Experiments are in progress to identify these toxic compounds. Finally all our methods were proved to be useful monitoring the toxicity of purified cyanotoxins and cyanobacterial extracts. We suggest all methods (separately or together) for their rapid toxicity analysis to estimate the toxicity of cyanotoxins and cyanobacterial extracts of lakes and waterways.

Leírás
Kulcsszavak
cianobaktérium, sejtváz, cyanobacteria, cytoskeleton
Forrás