Floridas Krise in der Indian River Lagoon: Entlarven der versteckten Gefahren von giftigen Algenblüten.

Die Indian River Lagoon in Florida, die sich über eine Länge von 156 Meilen erstreckt, wird von fünf Bezirken begrenzt und enthält fünf Einlässe, die sie mit dem Atlantischen Ozean verbinden. In jüngster Zeit sah sich dieses Ästuar mehreren Vorkommnissen von Phytoplanktonblüten gegenüber, die durch steigende saisonale Temperaturen und Umweltfaktoren ausgelöst wurden.

Algenblüten produzieren eine Vielzahl kleiner organischer Moleküle, von denen viele für Menschen und Tiere giftig sein können. Unter diesen Phycotoxinproduzenten befindet sich Microcystis aeruginosa, ein Süßwasser-Cyanobakterium, das im südlichen Teil der Indian River Lagoon vorkommt. Messbare Mengen an Mikrocystinen wurden in Nasenabstrichen von Menschen gefunden, die in der Nähe des Gebiets leben und arbeiten, obwohl das Vorhandensein von Mikrocystinen in Schleimhäuten ein Hinweis darauf sein kann, dass der Körper seine Arbeit tut, um sie zu eliminieren.

Um potenzielle gesundheitliche Risiken für den Menschen im Zusammenhang mit schädlichen Algenblüten in der Indian River Lagoon aufzudecken, sammelten Forscher des Harbor Branch Oceanographic Institute der Florida Atlantic University während eines Zeitraums von drei Jahren Wasserproben von 20 Standorten innerhalb der Lagune während der Regen- und Trockenzeit. Die Proben wurden zur Konzentration organischer Moleküle extrahiert, und diese Extrakte wurden für Tests verwendet.

Um das Vorhandensein von bekannten oder neu auftretenden Toxinen zu identifizieren, verwendeten die Forscher eine Panel von immortalisierten menschlichen Zelllinien, die der Leber, den Nieren und dem Gehirn entsprechen, um die Zytotoxizität zu messen. Auch wurden menschliche Zelllinien verwendet, die auf die Expression von Ionenkanälen, roten Blutzellen und die Aktivität gegenüber einem Proteinphosphatase-Enzym ausgelegt waren. Diese Zellen und biologischen Aktivitäten wurden ausgewählt, da sie bekanntermaßen von Algentoxinen beeinflusst werden und einzigartige Aktivitätsmuster für bekannte Toxine zeigen.

Die Proben wurden bei hohen Konzentrationen getestet, um so viele Metaboliten wie möglich nachweisen zu können, und solche, die eine Zytotoxizität von mehr als 50 Prozent zeigten, wurden als aktiv betrachtet. Proben mit hoher Toxizität wurden weiterhin einer Flüssigchromatographie-Hochauflösungs-Massenspektrometrie-Analyse unterzogen, um die in der Probe vorhandenen Metaboliten zu bewerten.

Die Ergebnisse der Studie, die in der Zeitschrift Toxins veröffentlicht wurden, zeigen, dass jedes Kontrolltoxin ein konsistentes Muster der Zytotoxizität in den untersuchten menschlichen Zelllinien hervorrief. Während der Blütezeit war die Zytotoxizität aufgrund eines einzigen Toxintyps offensichtlich. In Abwesenheit von Blüten reflektierte die beobachtete Zytotoxizität entweder eine Mischung von Toxinen oder wurde durch ein nicht identifiziertes Toxin verursacht.

"Die interessanteste Beobachtung unserer Studie ist, dass wir mit den verwendeten Zelllinien die Muster bekannter Toxine verfolgen konnten", sagt Esther Guzmán, Ph.D., die korrespondierende Autorin und Forschungsprofessorin am Harbor Branch der FAU. "Bekannte Toxine wurden nur während der Blütezeit beobachtet. Da Zelltoxizität auch in Abwesenheit von Blüten beobachtet wurde, deutet dies darauf hin, dass möglicherweise emergente Toxine oder eine Kombination von Toxinen zu dieser Zeit vorhanden sind. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass andere Toxine mit dem Potenzial, der menschlichen Gesundheit schaden zu können, in der Lagune vorhanden sein könnten."

Unter den Studienergebnissen zeigten die nördlichsten Standorte der Lagune weniger Toxizität als die südlichen Standorte. Zytotoxische Blüten traten sowohl im Süden (Microcystis) als auch im Norden (Pyrodinium) der Lagune auf. In Abwesenheit von Blüten zeigten South Fork, South Fork 2, North Fork und Middle Estuary (Standorte eins bis vier) in der südlichen Indian River Lagoon sowie Banana River und North Banana River (NASA) (Standorte 14 und 15) in der nördlichen Indian River Lagoon die höchste Zytotoxizität während der Zeit der Bewertung.

Dagegen schienen Jensen, Fort Pierce Inlet, Harbor Branch Link Port Canal, Vero Beach Land/Ocean Biogeochemical Observatory und Vero Beach Barber Bridge (Standorte sechs bis zehn) gesünder zu sein, da es dort nur wenige Proben mit einer Zytotoxizität von über 50 Prozent gab, obwohl es statistisch signifikante Unterschiede gab.

"Eine wichtige Frage, die wir in dieser Studie beantworten wollten, war, ob es unbekannte Toxine oder andere Signalmoleküle im Zusammenhang mit schädlichen Algenblüten in der Lagune gibt", sagt Amy Wright, Ph.D., Mitautorin und Forschungsprofessorin am Harbor Branch der FAU. "Die bisher gesammelten Daten deuten darauf hin, dass dies tatsächlich der Fall ist. Eine Bewertung des Vorhandenseins von giftigen Materialien mit einem Testpanel könnte eine bessere Überwachung der Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit ermöglichen, insbesondere von emergenten Toxinen im System."

The researchers note that microcystins are primarily a threat to human health in the lagoon during blooms, and because of the necessity of active transport, the toxin would need to be ingested or inhaled to present a threat to humans.

“Ingestion can be avoided by filtering water through activated charcoal,” said Guzmán. “Similarly, effects due to inhalation are effectively blocked by the mucus membrane, which traps toxins that are subsequently eliminated through coughing. However, pet and wildlife exposures can still occur.”