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Cyanobakterielle Toxine - Referat
Dieses Referat soll einen Einblick in das Thema cyanobakterielle Toxine gewähren.
Das sind die Themen:
1. Allgemeines
2. Forschung
3. Neurotoxine
3.1. Allgemein
3.2. Anatoxin A
3.3. Anatoxin A(S)
3.4. Saxitoxin und Neosaxitoxin
4. Hapatotoxine
5. Krebs
6. Toxine – Wozu?
7. Spirulina
1. Allgemeines
Cyanobakterien sind kleine Mikroorganismen, die früher als „Blaualgen“ oder „blaugrüne Algen“ bezeichnet wurden sind. In vielen Gattungen der Cyanobakterien wurden toxisch wirkende Formen nachgewiesen. In den vergangenen Jahren konnten viele chemische Strukturen und Wirkungsweisen der Cyanobakterien nachgewiesen werden. Sie sind ein sekundäres Stoffwechselprodukt. Die Toxine, worauf wir später noch einmal genauer eingehen, haben ein Massensterben von Tieren zur Folge. Diese sterben oft elend, nachdem sie von dem „verseuchten“ Wasser getrunken haben. Die Symptome, die nach der Wassereinnahme auftreten können sind: Reaktions-, Reg- und Bewusstlosigkeit, Tiere fallen zusammen und bleiben ruhig, wie schlafend, es sei denn, sie werden berühr, woraufhin Krämpfe auftreten, mit Kopf und Hals in starren Spasmus zurückgezogen, der vor dem Tode nachlässt. Diese dauern bei Schafen von einer bis zu sechs oder acht, bei Pferden acht bis vierundzwanzig, bei Hunden vier bis fünf, bei Schweinen drei oder vier Stunden. Welche Menge wie tödlich ist hängt von mehreren Faktoren ab: Zum einen die Art und Menge des Toxins in den Zellen und deren Konzentration im Wasser und zum anderen die Größe, die Spezies, das Alter und das Geschlecht des Tieres, was dies zu sich nimmt. Es wurde folgendes von einer Alge berichtet, die solche cyanobakterielle Toxine haben soll: „Dicker Schaum wie aus grüner Ölfarbe, zwischen zwei und sechs Zoll dick und so zäh und teigig wie Haferbrei“.
Doch auch die Forschung hat großes Interesse an den cyanobakteriellen Toxinen, worauf wir später noch genauer eingehen werden, zum Beispiel auf Grund ihrer Derivate, die als Medikamente dienen könnten.
Schon in den vierziger Jahren gab es Berichte über cyanobakterielle Toxine. Diese traten an heißen und relativ windstillen Tagen eines Spätsommers und Frühherbstes auf.
Waschmittelrückstände und landwirtschaftlicher Dünger können die Vermehrung fördern. Sie können aber auch in Trinkwasseraufbereitungen auftreten und diese verdünnen die Giftstoffe lediglich und können sie nur teilweise rausfiltern. Besonders stark vermehren sich diese Bakterien, wenn vier Umstände zutreffen. Das Wasser sollte zwischen 15 und 30 Grad Celsius warm sein, neutral bis alkalisch sein, reich an Nährstoffen (Phosphat und Stickstoff) sein und es darf lediglich ein leichter Wind wehen. Wenn diese Bedingungen zutreffen, dann überwachsen sie die „echten“ Algen. Cyanobakterien sind Ringverbindungen, die Stickstoff aufnehmen. Die sollen einen erheblichen Beitrag zur Anreicherung an der damals noch sauerstoffarmen Atmosphäre mit diesem Gas. Sie tragen einen erheblichen Anteil zum Stickstoffkreislauf der Erde bei, da sie Stickstoffmoleküle aus der Luft aufnehmen. Des Weiteren sollen sie die ersten Photosynthesebetreibenden Organismen sein.
Die Cyanobakterien bewegen sich frei im Wasser und auch immer wieder an die Oberfläche, um besser Photosynthese zu betreiben, dabei können sie durch den Wind an das Ufer geraten.
2. Forschung
Cyanobakterien sind sehr wichtig zur Forschung, da sie etwas über die Ursprünge des Lebens aussagen könnten. Besonders im Bereich Photosynthese und Gase in der Atmosphäre. Des Weiteren könnten sie vielleicht als Medikamente, wie oben bereits erwähnt, dienen. Dann könnte man sie bei Altzheimer-Patienten oder vielleicht sogar gegen das HIV-Virus einsetzen.
Es ist zwar schon vieles erforscht, aber dennoch stehen viele Fragen offen.
3. Neurotoxine
3.1. Allgemein
Es sind bisher vier cyanobakterielle Neurotoxine näher untersucht wurden. Neurotoxine stören auf verschiedene Weise die Signalübertragung von den Nervenfasern zu den Muskelzellen. Die Neurotoxin kommen hauptsächlich im Norden mit Ausnahme einiger weniger Fälle in Großbritannien, Skandinavien und Australien.
3.2. Anatoxin A
Normalerweise heftet sich Acetylcholin an die Rezeptoren auf der Muskelzelle und veranlassen eine Kontraktion. Das Enzym Acetylcholinesterase baut Acetylcholin daraufhin ab und die Muskelzelle gerät in den Ruhestand. Wenn ein Tier jedoch Neurotoxine zu sich genommen hat, dann heftet sich Anatoxin A an die Rezeptoren, daraufhin wird eine Kontraktion ausgelöst. Da Anatoxin A von den Enzymen nicht abgebaut werden kann, wird die Muskelzelle überstrapaziert durch ständige Kontraktion. Wenn dies bei der Atemmuskulatur erfolgt, dann droht die Erstickung.
3.3. Anatoxin A(S)
Dieses Neurotoxin blockiert nicht die Rezeptoren, sondern das Enzym, welches Acetylcholin abbauen soll. Hierdurch wird auch eine Überstrapazierung hervorgerufen.
Bei diesem steht in Klammern S hinter, da man früher dachte dass ein zusätzlicher Speichelfluss hervorgerufen wird, dem ist aber nicht so.
3.4. Saxitoxin und Neosaxitoxin
Sie blockieren zu den Muskeln ziehende Nervenfasern ab, indem sie die Natriumkanäle blockieren. Dadurch werden die Natriumionen blockiert und der Impuls kann nicht weitergeleitet werden.
4. Hapatotoxine
Diese kommen überall auf der Walt vor. Diese sind Peptide und bestehen folglich aus kurzen Ketten aus Aminosäure. Es sind zyklische, d.h. ringförmige, Peptide. Zur Zeit sind 53 dieser cyanobakteriellen Hapatotoxine erforscht. Man unterscheidet sie. Sind es Ringe aus sieben Aminosäuren, so nennt man sie Microcystine, bestehen sie aus fünf Amonosäuren, so nennt man sie Nodularine. Tritt ein solches Gift ein, dann greift es die Leberzellen an. Es werden die funktionellen Leberzellen, d.h. die Hepatocyten, zum Schrumpfen gebracht. Dadurch haben sie keinen Kontakt mehr zu einander und die Zellen, welche die sinusoide Kapillaren in der Leber auskleiden, trennen sich. Blut tritt in das Gewebe des Organs. Cyanobakterielle Hapatotoxine treten wahrscheinlich über ein Transportsystem, dass normalerweise Gallensäure aus dem Blut hineinbefördert, ein. Es werden Proteinphosphatasen blockiert, die Phosphatgruppen von Proteinen abspalten.
Bei diesen Toxinen kommt es häufig zu einem Kreislaufschock.
5. Krebs
Dadurch, dass cyanobakterielle Hepatotoxine Proteinphosphatasen hemmen können, entsteht der Verdacht, dass sie zur Entstehung von Krebs beitragen könnten. Die Aktivatoren der Kinase könnten die Überhand bekommen und könnten bei einer Zelle zu ungehemmtem Wachstum führen. Bei der Tumorentwicklung tragen sie auch viel dazu, denn sie fördern die weiteren Schritte im Entartungsprozess.
6. Toxine – Wozu?
Es scheint so, als dienen die Toxine zur Abwehrung von Fressfeinden im Plankton, d.h. als Schutzmechanismus. Es kann jedoch auch sein, dass dies nur zufällig ist und sie eine Funktion haben, die heute keine Bedeutung mehr hat, früher jedoch sehr wichtig war.
7. Spirulina
Das Verzehr der Mikroben der Gattung Spirulina ist als Reformkost Mode geworden. Das gefährliche daran ist, dass diese auch solche Toxine enthalten könnten. Bei den Produkten wird kein Wert auf Kontrolle der Toxizität und Reinheit gelegt. Außerdem wird dies als Appetitzügler genutzt. Die Hersteller können jedoch nicht zwischen toxischen und nicht toxischen Produkten unterscheiden, da aufwendige biochemische Verfahren dazu erforderlich sind.
Quelle(n) für dieses Referat: Zeitschrift: Spektrum
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