Skupina 1

Botanický ústav AV ČR, Brno

Tématika výzkumu

Cyanobakterie a jejich toxiny ve vodárenství

V rámci dlouhodobé spolupráce v oblasti výzkumu sinic (cyanobakterií) mezi Oddělením experimentální fykologie a ekotoxikologie Botanického ústavu AV ČR (OEFE) a Výzkumným centrem pro chemii životního prostředí a ekotoxikologii Masarykovy univerzity v Brně (RECETOX) bylo vytvořeno společné pracoviště s názvem Centrum pro cyanobakterie a jejich toxiny (CCT). Pracoviště OEFE slouží především jako základna pro veškeré terénní práce a odběry přírodních vzorků, zatímco v sídle RECETOXu byly vybudovány laboratoře pro analýzy cyanotoxinů a provádění ekotoxikologických experimentů. Pracoviště provádí hodnocení fytoplanktonních společenstev v povrchových vodách se zaměřením na výskyt potenciálně toxických sinic pomocí klasických mikroskopických i moderních fluorescenčních metod (FluoroProbe, Benthofluor, FluorCam). Pomocí chromatografických (HPLC) i molekulárně biologických (ELISA) metod lze stanovit koncentrace nejběžnějších cyanotoxinů v různých složkách vodních ekosystémů (biomasa sinic, volná voda, sedimenty, tkáně). Hodnocení toxicity produktů sinic je realizováno prostřednictvím řady biotestů na nejdůležitějších stupních buněčné organizace a trofické úrovně (Microtox, řasové testy, akutní a chronické testy s Daphnia magna, FETAX). Velká pozornost je věnována i ekologii sinic a možnostem omezení jejich nadměrného rozvoje v eutrofizovaných vodách prostřednictvím přírodních i syntetických produktů.

Výzkumný záměr

Problematika toxinů sinic (cyanotoxinů) je ve svých hygienických, toxikologických a technologických souvislostech zkoumána ve světovém měřítku poměrně krátkou dobu. Účinky cyanotoxinů na zdraví obyvatel zásobovaných pitnou vodou z povrchových zdrojů jsou o to závažnější, že masový rozvoj vodních květů sinic na vodárenských nádržích trvá většinou několik měsíců (Carmichael and Falconer, 1993; Kathuria et al., 1999). Při odběru surové vody z vodárenských toků je situace jen o málo lepší. V obou případech je však vysoká pravděpodobnost chronické expozice obyvatelstva cyanotoxinům.

Výzkum v oboru vodárenského odstraňování sinicových toxinů je ve světovém měřítku ale teprve ve svých začátcích (Chorus and Bartram, 1999; Kiviranta, 2003). Dosavadní studie byly zpracovávány v naprosté většině případů v laboratorních podmínkách. Sami autoři upozorňují na rizika, která jsou spojena s přenášením dosavadních skromných experimentálních výsledků do praktického provozu úpraven.

Komplexní přístup k problematice cyanotoxinů v ČR vyžaduje spolupráci odborníků ze všech zainteresovaných oborů (technologie vody, toxikologie, limnologie, správy povodí, hygieny a dalších). V oblastech detekce cyanotoxinů i technologie úpravy vody má ČR světově uznávané odborníky a toto uvažované centrum propojí odbornost skupiny s konkrétními podmínkami vodárenské praxe. Od 1. října 2003 platí novela Vyhlášky 376/2000 Sb. kde je zařazen požadavek na stanovování microcystinu v pitné vodě. V roce 2003 však vstoupila na území ČR v platnost také jiná vyhláška - a to Vyhláška 474/2002 Sb., kterou se provádí zákon č. 281/2002 Sb. O opatřeních souvisejících se zákazem biologických a toxinových zbraních. V příloze jsou vedle látek jako antrax, botulotoxin a nebo ricin uvedeny 4 toxiny řas a sinic: tetrodotoxin, saxitoxin, anatoxin a microcystin. To reálně omezuje počet laboratoří, které budou prověřeny SUJB k realizací analýz a experimentů se jmenovanými toxiny.

Cílem řešení navrhovaným pro toto centrum je využít pro sinice specifického pigmentu fykocyaninu a jeho fluorescenčních vlastností. Je to stabilní molekula, je specifickým markerem přítomnosti obsahu buněk sinic a v přírodních populacích sinic lze předpokládat definovatelný poměr obsahu akcesorických pigmentů k obsahu cyanotoxinů. Toto stanovení by mělo ještě minimálně další tři výhody: fykocyanin je markerem všech cyanotoxinů, nejen microcystinu, a především je podstatně levnější. V technologii by měl tento parametr nejlepší použití pro vodu surovou, po předozonizaci a před filtrací.

Reference:

Carmichael, W.W., Falconer, I.R. (1993): Diseases related to freshwater blue-green algal toxins and control measures. In: Carmichael, W.W. and Falkoner, I.R. (eds.). Algal toxins in seafood and drinking water, Academic Press, London, p. 255.

Chorus I., Bartram J. (1999): Toxic cyanobacteria in waters: A guide to their public health, consequences, monitoring and management. E. FN Spon, London, 416 p.

Kathuira P.C., Jand S.K., Singh N. (1999): Chick embryotoxicity bioassay . Ind. Vet. J., 70., 593-596.

Kirchen R.W., West W.R., (1994): The japanese medaka: Care and Development. Nort Carolina Press, 1994, 236p.

Kiviranta, J. (2003): Toxins of cyanobacteria (blue-green algae) - a biological and chemical study. Academic Dissertation, University of Helsinki, Finland.

Dílčí cíle výzkumu

Úkol č. 1

Vývoj in situ detekčního systému pro včasné varování vodárny před vodními květy sinic ve vodárenské nádrži

Vývoj monitorovacího systému ve 2 alternativách
Kalibrace metody pro řasy a sinice
Testování selektivity detekce v laboratorních a přírodních podminkách
Verifikace přístroje v reálných podmínkách vodárenských nádrží

Úkol č. 2

Vývoj metody pro on-line automatickou detekci cyanobakterií na začátku úpravárenské technologie

Srovnání metodických možností
Kalibrace vztahu pigment - toxin
Verifikace detekce v laboratorních podmínkách s kulturami a umělým přídavkem toxinu
Ověření funkčnosti metody v různých reálných podmínkách a tvorba software pro rekalibraci

Úkol č. 3

Vývoj standardní operační procedury pro jednoduché a citlivé stanovení přítomnosti cyanotoxinů v surové vodě

Zavedení standardních permanentních chovů
Kalibrace vztahu dávka-expozice-odpověď při různých systémech předpřípravy vzorků biomasy vodního květu
Srovnávací studie obecné a selektivní citlivosti detekčního systému k microcystinům
Praktické nasazení detekčního systému v provozních podmínkách a jeho kalibrace pomocí HPLC

Publikace vztahující se k tématu

Gregor J., Maršálek B. (2005): A simple in vivo fluorescence method for the selective detection and quantification of freshwater cyanobacteria and eukaryotic algae. Acta Hydrochimica et Hydrobiologica 33 (2), 142-148.
Gregor J., Maršálek B. (2004): Freshwater phytoplankton quantification by chlorophyll a: a comparative study of in vitro, in vivo and in situ methods. Water Research 38 (3), 517-522.
Maršálek B., Bláha L. (2004): Comparison of 17 biotests for detection of cyanobacterial toxicity. Environmental Toxicology 19 (4), 310-317.
Bláha L., Maršálek B. (2003): Contamination of drinking water in the Czech Republic by microcystins. Archiv für Hydrobiologie 158 (3), 421-429.
Bláha L., Maršálek B. (2000): Methods for detection and quantification of cyanobacterial toxins – a review. Algological Studies 99, 1-22.
Kyselková I., Maršálek B. (2000): Using of Daphnia magna, Artemia salina and Tubifex tubifex for cyanobacterial microcystins detection. Biologia 55 (6), 637-643.
Bláha L., Maršálek B. (1999): Microcystin production and toxicity of picocyanobacteria as a risk factor for drinking water treatment plants. Algological Studies 92, 95-108.