Kivonat

Kísérleteink során két, szerkezetében és hatásmechanizmusában eltérő cianobakteriális toxin, az eukarióta szervezetek protein-foszfatázait (PP1 és PP2A típusúakat) gátló mikrocisztin-LR (MCY-LR) és a fehérjeszintézist gátló cilindrospermopszin (CYN) vízinövényekre gyakorolt hatásait vizsgáltuk. Az előbbi cianotoxinoknak a szintézisére több, a hazai vizekben is gyakran előforduló cianobaktérium faj képes. Vizsgálataink során a MCY-LR termelő Microcystis aeruginosa (BGSD-243) és a CYN termelő Aphanizomenon ovalisporum (BGSD-423) tenyészetek, meghatározott toxinmennyiségeket (0,01-20 g ml-1) tartalmazó, ún. nyers kivonatait, valamint a belőlük tisztított cianotoxinok vizes oldatait alkalmaztuk. Az általunk választott vízinövények (Lemna minor, Wolffia arrhiza, Ceratophyllum demersum, Phragmites australis), a parti régió jellemző, kozmopolita fajai, a természetes élőhelyeiken ki lehetnek/vannak téve a cianotoxinok hatásainak. A cianotoxinok növekedésgátló hatásait elemeztük axenikus vízinövény tenyészetekben. Poliakrilamid enzimaktivitás géleken a stresszenzimek két fontos csoportjának, a proteázoknak és nukleázoknak (ssDN-ázok, dsDN-ázok) a változásait vizsgáltuk a növényekben MCY-LR és CYN kezelések hatására. Eredményeink egyértelműen igazolták, hogy toxikus vízvirágzás során, a vízterekbe jutó és felhalmozódó cianotoxinok (MCY-LR és CYN egyaránt) bejutnak a vízinövényekbe (L. minor, W. arrhiza, C. demersum) és szignifikáns növekedésgátlást idéznek elő. Megállapítottuk, hogy mindkét toxin változást okoz az izoenzimek mintázatában és azok specifikus aktivitásában. Vizsgálataink során a cianotoxinok által indukált új proteáz és ssDN-áz izoenzimek megjelenését detektáltuk. A két cianotoxin hatásainak összevetése során megállapítottuk, hogy a növények MCY-LR-el és CYN-el szembeni érzékenysége fajfüggő. Mind a növekedési paraméterek, mind a proteáz- és nukleáz zimogramok változásai bizonyították, hogy a cianobaktériumok toxintartalmú nyers kivonatai (a természetben ezzel „találkozik” a növény) azonos toxintartalom esetén is eltérő hatást válthatnak ki, mint a tisztított cianotoxinok.

Abstract

This study investigated the cytotoxic (growth inhibitory and biochemical) effects of two cyanotoxins, the microcystin-LR (MCY-LR) and cylindrospermopsin (CYN) on aquatic plantlets, such as Lemna minor, Wolffia arrhiza, Ceratophyllum demersum, Phragmites australis. MCY-LR is a cyclic heptapeptide, a potent inhibitor of type 1 and 2A protein phosphatases in eukaryotic organisms. CYN is an inhibitor of eukaryotic protein synthesis. For cyanotoxin exposure we used MCY-LR and CYN containing crude extracts of Microcystis aeruginosa and Aphanisomenon ovalisporum (BGSD-243, BGSD-423) and purified MCY-LR and CYN as well. Alterations of aquatic plant growth (frond number and fresh weight) and hydrolytic enzymes, proteases and nucleases (ssDNase and dsDNase) activities were studied in MCY-LR and CYN exposed plants. Based on the obtained data we compared the effects of MCY-LR and CYN containing crude extracts to the influences of purified MCY-LR and CYN. The observed data unambiguously proved that cyanotoxins (MCY-LR and CYN) are release from cyanobacteria of water blooms into water bodies and the investigated cyanotoxins are taken up by aquatic plants in question (L. minor, W. arrhiza, C. demersum) resulting in significant plant growth inhibition. We found that both toxins cause changes in the pattern of isoenzymes and in their specific activities. We detected new proteases and ssDNase isoenzymes which were induced by the cyanotoxins.