Φυκοτοξίνη

Οι φυκοτοξίνες (αγγλ. Phycotoxins. Άλλες ονομασίες: algal toxins, red tide toxins) παράγονται ως δευτερογενείς μεταβολίτες από ευκαρυωτικά και προκαρυωτικά φύκη. Με απλά λόγια είναι χημικές ουσίες με τοξικότητα, δηλαδή δηλητηριώδη δράση, οι οποίες συντίθενται από φωτοσυνθετικούς οργανισμούς. Θεωρείται πιθανό ότι οι φυκοτοξίνες χρησιμεύουν ως αμυντικός μηχανισμός για τους παραγωγούς τους, καθώς εμποδίζουν την ανάπτυξη ανταγωνιστικών ειδών ή αποτρέπουν τους φυτοβόρους καταναλωτές π.χ. τα καρκινοειδή. Οι κύριοι παραγωγοί τοξινών είναι τα μαστιγωτά και ιδιαίτερα τα δινομαστιγωτά, καθώς και κάποια κυανοβακτήρια (που παράγουν κυανοτοξίνες), διάτομα και απτόφυτα. Η παραγωγή τοξινών, ειδικά αν αυτή γίνει σε μεγάλες συγκεντρώσεις, ενέχει κινδύνους για την υγεία ανθρώπων και ζώων, ωστόσο έχει και σημαντικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Οι τοξίνες των φυκών ταξινομούνται κυρίως σε τέσσερις κατηγορίες, ανάλογα με τους ιστούς ή κύτταρα που προσβάλλουν. Αυτές είναι: νευροτοξίνες, ηπατοτοξίνες, κυτοτοξίνες και τοξίνες που έχουν επιπτώσεις στο δέρμα και στο γαστρεντερικό σύστημα.

 Τα τοξικά φύκη συχνά εμφανίζονται ως συστατικό του φυτοπλαγκτού, αιωρούμενα στην υδάτινη στήλη ή σχηματίζοντας συσσωρεύσεις (scums). Ωστόσο τοξικά κυανοβακτήρια απαντώνται επίσης σε βενθικούς τάπητες (benthic mats) που εντοπίζονται σε δεξαμενές πόσιμου ύδατος και σε άλλα ενδιαιτήματα.Η εμφάνιση τοξινών σχετίζεται συχνά με την άνθιση φυτοπλαγκτού, καθώς έχει υπολογιστεί ότι 25-75% των κυανοβακτηριακών ανθίσεων είναι τοξικές. Ο ανθρωπογενής ευτροφισμός (αυξημένη απόθεση θρεπτικών αλάτων, ιδίως φωσφόρου και αζώτου) σε συνδυασμό με άλλους περιβαλλοντικούς παράγοντες και κυρίως αυτούς που σχετίζονται με την παγκόσμια κλιματική αλλαγή (αυξημένη θερμοκρασία, αυξημένα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα) δημιουργούν ευνοϊκό περιβάλλον για την ανάπτυξη φυτοπλαγκτικών οργανισμών, συμπεριλαμβανομένων και αυτών που παράγουν φυκοτοξίνες, με ενδεχόμενο σοβαρό αντίκτυπο στη λειτουργία του οικοσυστήματος. Πολλοί από τους οργανισμούς που είναι υπεύθυνοι για την άνθιση φυτοπλαγκτού, παρουσιάζουν ευρεία κατανομή και τα τελευταία χρόνια δείχνουν αξιοσημείωτη εξάπλωση. Φυσικά γεγονότα όπως τυφώνες μπορούν να διασπείρουν τους οργανισμούς και υπάρχει η υποψία ότι οργανισμοί μπορεί να μεταφέρονται σε μεγάλες αποστάσεις μέσω πλοίων. Κάποια φύκη απαντώνται πιο συχνά σε ορισμένες περιοχές και είναι χρήσιμο να γνωρίζουμε ποια αποτελούν πρόβλημα σε συγκεκριμένες τοποθεσίες. Τόσο η άνθιση φυτοπλαγκτού όσο και οι παραγόμενες από αυτό φυκοτοξίνες προκαλούν διαταραχές στο περιβάλλον όπως η διαταραχή στις σχέσεις μεταξύ οργανισμών, αλλαγές στη βιοποικιλότητα, καθώς και σημαντικό πρόβλημα στην ποιότητα νερού. Στην περίπτωση που υπάρξει μεγάλη συγκέντρωση φυκοτοξινών στο περιβάλλον, όπως για παράδειγμα μετά από μαζικό θάνατο μεγάλου πληθυσμού τοξινοπαραγωγικών φυκών, ο οποίος ακολουθεί μία άνθιση φυτοπλαγκτού, ενδέχεται να ασθενήσουν ή ακόμα και να πεθάνουν, σπονδυλωτά όπως πτηνά, ψάρια, οικόσιτα ζώα, ή θαλάσσια θηλαστικά, ενώ υπάρχουν και επιπτώσεις σε υδρόβια φυτά. Μεγάλες επιπτώσεις υπάρχουν επίσης για το ζωοπλαγκτόν. Η έκθεση των ανθρώπων στις φυκοτοξίνες μπορεί να γίνει με ποικίλους τρόπους, ωστόσο η κατάποση είναι ο πιο σημαντικός. Αυτή αφορά κυρίως την ακούσια κατάποση νερού ή την κατανάλωση μολυσμένης τροφής, όπως είναι τα αγροτικά προϊόντα, ψάρια, γαρίδες και μαλάκια. Επιπλέον η έκθεση του δέρματος και η εισπνοή είναι πιθανές. Τοξικές ανθίσεις μπορεί να επανεμφανίζονται περιοδικά σε υδατικά περιβάλλοντα και οι άνθρωποι μπορεί να εκτίθενται ανά καιρούς σε φυκοτοξίνες σε σχετικά μικρές δόσεις. Οι τοξίνες των δινομαστιγωτών προκαλούν τη διαρροϊκή, παραλυτική ή αμνησιακή δηλητηρίαση των οστρακοειδών, οι δε τοξίνες των κυανοβακτηρίων έχουν συνδεθεί με τον καρκίνο και το θάνατο ανθρώπων. Γνωστές τοξίνες όπως είναι η μικροκυστίνη, η νοντουλαρίνη και η κυλινδροσπερμοψίνη μπορεί να προκαλέσουν βλάβες στο ήπαρ και στους νεφρούς, κυτταροτοξικότητα, νευροτοξικότητα, τοξικότητα στο δέρμα, γαστρεντερικές ενοχλήσεις και άλλα προβλήματα. Αυτές οι επιπτώσεις μπορεί να εμφανιστούν λίγα λεπτά μετά την έκθεση στην τοξίνη, ή μερικές ημέρες αργότερα. Παρ’όλο που το το μεγαλύτερο ενδιαφέρον της έρευνας έχει εστιαστεί στην τοξικότητα, υπάρχουν μελέτες που δείχνουν ότι κάποια συστατικά που παράγονται κυρίως από κυανοβακτήρια, παρουσιάζουν μεγάλο βιολογικό ενδιαφέρον από φαρμακευτικής και βιοτεχνολογικής άποψης. Στις φαρμακολογικές ιδιότητες περιλαμβάνονται η αντικαρκινική, η αντιφλεγμονώδης, και αντιβιοτική. Οι κυανοτοξίνες παρουσιάζουν ένα εύρος βιοδραστηριοτήτων που τις καθιστούν μία εξαιρετική πηγή σημαντικών συστατικών για νέα φάρμακα. Πιο ειδικά για την αντικαρκινική δράση, υπάρχουν υποσχόμενα αποτελέσματα της δράσης φυκοτοξινών κατά της οξείας μυελογενούς λευχαιμίας, αδενοκαρκινωμάτων, του μεταστατικού μελανώματος και άλλων. Το ενδιαφέρον είναι ότι η δράση των τοξινών φαίνεται να παρουσιάζει μεγάλη εξειδίκευση για τα καρκινικά κύτταρα, επομένως αυτές αποτελούν ιδανικούς υποψηφίους για την παραγωγή νέων αντικαρκινικών φαρμάκων. Araoz R., Molgo J., Tandeau de Marsac N., (2010). «Neurotoxic cyanobacterial toxins». Toxicon 56 (5): 813-828. doi:doi:10.1016/j.toxicon.2009.07.036. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0041010109004048. Bláha L., Pavel B., Blahoskav M., (2009). «Toxins produced in cyanobacterial water blooms—Toxicity and risks». Interdisciplinary Toxicology 2 (2): 36-41. doi:10.2478/v10102-009-0006-2. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0041010109004048. Codd G., Morrison L., Metcalf J., (2005). «Cyanobacterial toxins: risk management for health protection». Toxicology and Applied Pharmacology 203 (3): 264-272. http://dx.doi.org/10.1016/j.taap.2004.02.016. Costa M., Costa-Rodrigues J., Fernande, M., Barros P., Vasconcelos V., Martins R., (2012). «Marine cyanobacteria compounds with anticancer properties: A review on the implication of apoptosis». Marine Drugs 10 (10): 2181-2207. doi:10.3390/md10102181. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23170077. Ianora A., Boersma M., Casotti R., Fontana A., Harder J., Hoffman F., Pavia H., Potin P., Poulet S., Toth G., (2006). «The H.T. Odum synthesis essay: new trends in marine chemical ecology». Estuaries and Coasts 29 (4): 531-551. doi:10.3390/md12042036. http://epic.awi.de/15505/1/Ian2006b.pdf. Liu L., Herfindal L., Jokela J., Shishido T., Wahlsten M.,Døskeland S., Sivonen K., (2014). «Cyanobacteria from Terrestrial and Marine Sources Contain Apoptogens Able to Overcome Chemoresistance in Acute Myeloid Leukemia Cells». Marine Drugs 12 (4): 2036-2053. doi:10.3390/md12042036. http://www.mdpi.com/1660-3397/12/4/2036. Zanchett G., Oliveira-Filho E., (2013). «Cyanobacteria and cyanotoxins: From impacts on aquatic ecosystems and human health to anticarcinogenic effects». Toxins 5 (10): 1896-1917. doi:10.3390/toxins5101896. http://www.mdpi.com/2072-6651/5/10/1896. Chorus I. (2001). Cyanotoxins – Occurence, Causes, Consequences. Springer Berlin Heidelberg. σελίδες 1–4. doi:10.1007/978-3-642-59514-1_1. ISBN 978-3-642-59514-1. Graham J., Wilcox L., Graham L., (επιμ. Αθηνά Οικονόμου-Αμίλλη) (2011). ΦΥΚΗ. Κωσταράκη Π. Ευρυδίκη. σελίδες 58–62. ISBN 978-960-87655-9-7. Ελληνική Φυκολογική Εταιρεία algaebase