Подход «Единое здоровье» как эффективный способ управления экологическими рисками (на примере цианотоксинов)

Татьяна Борисовна Калинникова; Анастасия Васильевна Егорова; Рифгат Роальдович Шагидуллин; Tatiana Borisovna Kalinnikova; Anastasia Vasilevna Egorova; Rifgat Roaldovich Shagidullin

doi:10.17076/lim1362

Подход «Единое здоровье» как эффективный способ управления экологическими рисками (на примере цианотоксинов)

Татьяна Борисовна Калинникова, Анастасия Васильевна Егорова, Рифгат Роальдович Шагидуллин, Tatiana Borisovna Kalinnikova, Anastasia Vasilevna Egorova, Rifgat Roaldovich Shagidullin

Аннотация

Цианобактерии – это большая группа фотосинтезирующих прокариотических организмов, которые обитают в пресной и морской воде и во влажной почве. Цианобактерии продуцируют такие вторичные метаболиты, как цианотоксины,
которые представляют потенциальную опасность для организма человека и животных при возможном их попадании в питьевую воду и реальную опасность для организмов водоплавающих птиц, рыб и зоопланктона. Поэтому цианобактерии часто рассматривают как патогенные организмы, хотя они не способны развиваться в организме животных. По данным международной гидрологической программы ЮНЕСКО CYANONET, цианобактерии и цианотоксины обнаружены в поверхностных
водах 65 стран мира. Для изучения распространения цианобактерий и цианотоксинов в озерах Европы реализованы программы международного сотрудничества CYANOCOST в 2012–2016 гг. и EMLS (European Multi Lake Survey) в 2015 году.
Цианотоксины подразделяются на группы, которые отражают особенности их действия на организм человека (гепатотоксины, нейротоксины, дерматоксины, цитотоксины). В последнее время выявлено и описано большое количество случаев влияния токсичных цианобактерий на здоровье. При этом случаи заболевания и гибели человека и животных, связанные с опасными цианобактериями, анализируются независимо друг от друга. Концепция «Единое здоровье» подразумевает, что здоровье человека находится в тесной взаимосвязи со здоровьем животных и состоянием окружающей среды. В данном обзоре приведены примеры того, как исследование болезней и гибели животных вследствие отравления цианотоксинами может быть использовано для уменьшения возможного вреда, причиняемого здоровью человека опасными цианобактериями. Использование подхода «Единое здоровье» является одним из способов управления экологическими рисками, который требует объединения усилий специалистов разного профиля.

Ключевые слова

цианобактерии; микроцистины; пресноводные экосистемы; влияние цианотоксинов на здоровье человека; негативное влияние цианобактерий на организмы животных

Полный текст:

PDF

Литература

Backer L. C., Landsberg J. H., Miller M., Keel K., Taylor T. K. Canine cyanotoxins poisonings in the United States (1920s–2012): Review of suspected and confirmed cases from three data sources // Toxins. 2013. Vol. 5. P. 1597–1628. https://doi.org/10.3390/toxins5091597

Beasley V. R., Cook W. O., Dahlem A. M., Lovell R. A., Valentine W. M. Algae intoxications in livestock and waterfowl // Vet. Cin. N. Am. Food Anim. Pract. 1989. Vol. 5. P. 345–361. https://doi.org/10.1016/s0749-0720(15)30980-4

Byth S. Palm Island mystery disease // Med. J. Aust. 1980. Vol. 2. P. 40–42. https://doi.org/10.5694/j.1326-5377.1980.tb131814.x

Cardellina J. H. 2nd, Marner F. J., Moore R. E. Seaweed dermatitis: structure of lyngbyatoxin A // Science. 1979. Vol. 204. P. 193–195. https://doi.org/10.1126/science.107586

Christensen V. G., Maki R. P., Stelzer E. A., Norland J. E., Khan E. Phytoplankton community and algal toxicity at a recurring bloom in Sullivan bay, Kabetogama lake, Minnesota, USA // Sci. Reports. 2019. Vol. 9. e16129. https://doi.org/10.1038/s41598-019-52639-y

Codd G. A., Azevedo S. M. F. O., Bagchi S., Burch M. D. Carmichael W. W., Kaya K., Utkilen H. C. CYANONET. A global network for cyanobacterial bloom and toxin risk management. Initial situation assessment and recommendations // Int. Hydrol. Progr. VI (Unesco, Paris), Tech. Doc. Hydrol. 2005. No. 176. 138 p.

Codd G. A., Bell S. G., Kaya K., Ward C. J., Beattie K., Metcalf J. Cyanobacterial toxins, exposure routes and human health // Eur. J. Phycol. 1999. Vol. 34. P. 405–415. https://doi.org/10.1080/09670269910001736462

Codd G. A., Edwards C., Beattie K. A., Barr W. M., Gunn G. J. Fatal attraction to cyanobacteria? // Nature. 1992. Vol. 359. P. 110–111. https://doi.org/10.1038/359110b0

Crush J. R., Briggs L. R., Sprosen J. M., Nichols S. N. Effect of irrigation with lake water containing microcystins on microcystin content and growth of ryegrass, clover, rape, and lettuce // Environ. Toxicol. 2008. Vol. 23. P. 246–252. https://doi.org/10.1002/tox.20331

Cyanobacteria and cyanotoxins: Information for drinking water systems // EPA USA. 2014. 11 p.

Devlin J. P., Edwards O. E., Gorham P. R., Hunter N. R., Pike R. K., Stavric B. Anatoxin-a, a toxic alkaloid from Anabaena flos-aquae NRC 44-h // Can. J. Chem. 1977. Vol. 55. P. 1367–1371. https://doi.org/10.1139/v77-189

Destoumiex-Garzón D., Mavingui P., Boetsch G., Boussier J., Darriet F., Duboz P., Fritsch C., Giraudoux P., Le Roux F., Morand S., Paillard C., Pontier D., Sueuer C., Voiturion Y. The one health concept: 10 years old and a long road ahead // Front. Vet. Sci. 2018. Vol. 5. Article 14. doi: 10.3389/fvets.2018.00014

Drobac D., Tokodi N., Simenovic J., Baltic V., Stanic D., Svircev Z. Human exposure to cyanotoxins and their effects on health // Arh. Hig. Rada. Toksikol. 2013. Vol. 64. P. 305–316. https://doi.org/10.2478/10004-1254-64-2013-2320

Elersek T., Bláha L., Mazur-Marzec H., Schmidt W., Carmeli S. Other cyanobacterial bioactive substances // In: Handbook of cyanobacterial monitoring and cyanotoxin analysis / Eds. J. Meriluoto, L. Spoof ana G. A. Codd. John Wiley & Sons, LTD., 2017. P. 179–195. https://doi.org/10.1002/9781119068761.ch19

Falconer I. R. Algal toxins and human health // Handbook of environmental chemistry. Vol. 5, part C. / Ed. J. Hrubec. Berlin: Springer-Verlag, 1998. P. 53–82. https://doi.org/10.1007/978-3-540-68089-5_4

Falconer I. R., Beresford A. M., Runnegar M. T. Evidence of liver damage by toxin from a bloom of the blue-green alga, Microcystis aeruginosa // Med. J. Aust. 1983. Vol. 1. P. 511-514. https://doi.org/10.5694/j.1326-5377.1983.tb136192.x

Fitzgeorge R. B., Clark C. A., Keevil C. W. Routes of intoxication // Detection methods for cyanobacterial toxins / Eds. G. A. Codd, T. M. Jefferies, C. W. Keevil, E. Potter. Cambridge: The Royal Society of Chemistry, 1994. P. 69–74. https://doi.org/10.1533/9781845698164.1.69

Galey F. D., Beasley V. R., Carmichael W. W., Kleppe G., Hooser S. B., Yaschek W. M. Blue-green algae (Microcystis aeruginosa) hepatotoxicosis in dairy cows // Am. J. Vet. Res. 1987. Vol. 48. P. 1415–1420.

Grauer F. H., Arnold H. L. Seaweed dermatitis: first report of dermatitis-producing marine algae // Arch. Dermatol. 1961. Vol. 84. P. 720–732. https://doi.org/10.1001/archderm.1961.01580170014003

Grosse Y., Baan R., Secretan B., Ghissassi F., Cogliano V. on behalf of the WHO International Agency on Cancer Monograph Working Group. Carcinogenicity of nitrate, nitrite and cyanobacterial peptide toxins // Lancet. Oncol. 2006. Vol. 7. P. 628–629. https://doi.org/10.1016/s1470-2045(06)70789-6

Harada M. Minamata disease: methylmercury poisoning in Japan caused by environmental pollution // Crit. Rev. Toxocol. 1995. Vol. 25. P 1–24. https://doi.org/10.3109/10408449509089885

Hawser S. P., Codd G. A., Capone D. G., Carpenter E. J. A neurotoxic factor associated with the bloom-forming cyanobacterium Trichodesmium // Toxicon. 1991. Vol. 29. P. 277–278. https://doi.org/10.1016/0041-0101(91)90231-f

Hilborn E. D., Beasley V. R. One Health and cyanobacteria in freshwater systems: animal illnesses and deaths are sentinel events for human health risks // Toxins. 2015. Vol. 7. P. 1374–1395. https://doi.org/10.3390/toxins7041374

Hilborn E. D., Soares R. M., Servaites J. C., Delgado A. G., Magalhães V. F., Carmichael W. W., Azevedo S. M. Sublethal microcystin exposure and biochemical outcomes among hemodialysis patients // PLoS One. 2013. Vol. 8. e69518. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0069518

Huang C., Wang Y., Li X., Ren L., Zhao J., Hu Y., Zhang L., Fan G., Xu J., Gu X., Cheng Z., Yu T., Xia J., Wei Y., Wu W., Xie X., Yin W., Li H., Liu M., Xiao Y., Gao H., Guo L., Xie J., Wang G., Jiang R., Gao Z., Jin Q., Wang J., Cao B. Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China // Lancet. 2020. Vol. 395. P. 497–506. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(20)30183-5

Jang M. H., Jung J. M., Takamura N. Changes in microcystin production in cyanobacteria exposed to zooplankton at different population densities and infochemical concentrations // Limnol. Oceanogr. 2007. Vol. 52. P. 1454–1466. https://doi.org/10.4319/lo.2007.52.4.1454

John N., Baker L., Ansell B. R. E., Newham S., Crosbie N.D., Jex A. R. First report of anatoxin-a-producing cyanobacteria in Australia illustrates need to regularly up-date monitoring strategies in a shifting global distribution // Sci. Reports. 2019. Vol. 10. e10894. https://doi.org/10.1038/s41598-019-46945-8

Kaštovskỳ J., Hauer T., Mareš J., Krautová M., Bešta T., Komárek J., Desortová B., Heteša J., Hindáková A., Houk V., Janeček E., Kopp R., Marvan P., Pumann P., Skácelova O., Zapomělová E. A review of the alien and expansive species of freshwater cyanobacteria and algae in the Czech Republic // Biol. Invasions. 2010. Vol. 12. P. 3599–3625. https://doi.org/10.1007/s10530-010-9754-3

Keymer I. F., Smith G. R., Roberts T. A., Heaney S. I., Hibberd D. J. Botulism as a factor in waterfowl mortality at St. James’s park // Vet. Rec. 1972. Vol. 90. P. 111–114. https://doi.org/10.1136/vr.90.5.111

Koreivienė J., Kasperovičenė J. Alien cyanobacteria Anabaenabergii var. limnetica Coutė et Preisig from Lithuania: Some aspects of taxonomy, ecology and distribution // Limnologica. 2011. Vol. 41. P. 325–333. https://doi.org/10.1016/j.limno.2011.01.004

Li D., Wu N., Tang S., Su G., Li X., Zhang Y., Wang G., Zhang J., Liu H., Hecker M., Giesy J. P., Yu H. Factors associated with blooms of cyanobacteria in a large shallow lake, China // Environ Sci. Eur. 2018. Vol. 30. e27. https://doi.org/10.1186/s12302-018-0152-2

Liana-Ruiz Cabello M., Jos A., CameánA., Oliveira F., Barreiro A., Machado J., Azevedo J., Pinto E., Almeida A., Campos A., Vasconcelos V., Freitas M. Analysis of the use of cylindrospermopsin and/or microcestin-contaminated water in the growth, mineral content, and contamination of Spinacia oleracea and Lactuca sativa // Toxins. 2019. Vol. 11. e624. doi:10.3390/toxins11110624

Long B. M., Jones G. J., Orr P. T. Cellular microcystin content in N-limited Microcystis aeruginosa can be predicted from growth rate // Appl. Environ. Microbiol. 2001. Vol. 67. P. 278–283. https://doi.org/10.1128/aem.67.1.278-283.2001

Maatouk I., Bouaich N., Plessis M. J., Perin F. Detection by 32P-postlabeling detection of 8-oxo-7,8-dihydro-2'-deoxyguanosine in DNA damages in vitro in primary cultured rat hepatocytes and in vivo rat liver // Mutat. Res. 2004. Vol. 564. P. 9–20. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2004.06.010

Mahmood N. A., Carmichael W. W., Pfahler D. Anticholinesterase poisonings in dogs from a cyanobacterial (blue-green algae) bloom dominated by Anabaena flos-aquae // Am. J. Vet. Res. 1988. Vol. 49. P. 500–503.

Mantzouki E. et al. A European Multi Lake Survey dataset of environmental variables, phytoplankton pigments and cyanotoxins // Sci. Data. 2018a. Vol. 5. e180226. doi: 10.1038/sdata.2018.226

Mantzouki E. et al. Temperature effects explain continental scale distribution of cyanobacterial toxins // toxins. 2018b. Vol. 10. e156. doi:10.3390/toxins10040156

Matsunaga H., Moore R. E., Niemczura W. P., Carmichael W. W. Anatoxin-a(s), a potent anticholinesterase from Anabaena flos-aquae // J. Am. Che. Soc. 1989. Vol. 111. P. 8021–8023. https://doi.org/10.1021/ja00202a057

May V., McBarron E. J. Occurrence of blue-green alga, Anabaena circinuiis Rabenh., in New South Wales and toxicity to mice and honey bees // J. Aust. Inst. Agric. Sci. 1973. Vol. 39. P. 264–266.

Meriluoto J., Blaha L., Bojadzija G., Bormans M., Brient L., Codd G.A., Drobac D., Faasen E.J., Fastner J., Hiskia A., Ibeling B.W., Kaloudis T., Kokocinski M., Kurmayer R., Pantelić D., Quesada A., Salmaso N., Tokodi N. Triantis T.M., Visser P.M., Svirčev Z. Toxic cyanobacteria and cyanotoxins in European waters – recent progress achieved through CYANOCOST Action and challenges for further research // Adv. Oceanogr. Limnol. 2017. Vol. 8. P. 161–178. https://doi.org/10.4081/aiol.2017.6429

Messineo V., Melchiorre S., Corcia A., Gallo P., Bruno M. Seasonal succession of Cylindrospermopsis raciborskii and Aphanizomenon ovalispporum blooms with cylindrospermopsin occurrence in the volcanic lake Albano, Central Italy // Eniron. Toxicol. 2010. Vol. 25. P. 18–27. https://doi.org/10.1002/tox.20469

Moestrup Ø. Toxic blue-green algae (cyanobacteria) in 1833 // Phycologia. 1996. Vol. 35. P. 5. https://doi.org/10.2216/i0031-8884-35-6s-5.1

Murphy T., Lawson A., Nalewajko C., Murkin H., Ross L., Oguma K., McIntyre T. Algal toxins – initiators of avian botulism? // Environ. Toxicol. 1999. Vol. 15. P. 558–567. https://doi.org/10.1002/1522-7278(2000)15:5%3C558::aid-tox29%3E3.0.co;2-r

Peng L., Liu Y., Chen W., Liu L., Kent M., Song L. Health risks associated with consumption of microcystin-contaminated fish and shellfish in three Chinese lakes: Significance for freshwater aquacultures // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2010. Vol. 73. P. 1804–1811. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2010.07.043

Pouria S., de Andrade A., Barbosa J., Cavalcanti R. L., Barreto V. T., Ward C. J., Preiser W., Poon G. K., Neild G. H., Codd G. A. Fatal microcystin intoxication in haemodialysis unit in Caruaru, Brazil // Lancet. 1998. Vol. 352. P. 21–26. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(97)12285-1

Quesada A., Moreno E., Carrasco D., Paniagua T., Wormer L., De Hoyos C., Sukenik A. Toxicity of Aphanizomenon ovalisporum (Cyanobacteria) in Spanish water reservoir // Eur. J. Phycol. 2006. Vol. 41. P. 39–45. https://doi.org/10.1080/09670260500480926

Salmaso N., Cerasino L., Boscaini A., Capelli C. Planktic Tychonema (Cyanobacteria) in the large lakes south of the Alps: phylogenetic assessment and toxigenic potential // FEMS Microbiol. Ecol. 2016. Vol. 92. P. fiw155 https://doi.org/10.1093/femsec/fiw155

Saqrane S., Ouahid Y., El Ghazali I., Oudra B., Bouarab L., del Campo F. Physiological changes in Triticum durum, Zea mays, Pisum sativum and Lens esculenta cultivars, caused by irrigation with water contaminated with microcystins: A laboratory experimental approach // Toxicon. 2009. Vol. 53. P. 786–796. https://doi.org/10.1016/j.toxicon.2009.01.028

Savadova K., Mazur-Marzec H., Karosiené J., Kasperovičiené J., Vitonyté I., Toruńska-Sitarz A., Koreiviené J. Effect of increased temperature on native and alien nuisance cyanobacteria from temperate lakes: ah experimental approach // Toxins. 2018. Vol. 10. e445. doi:10.3390/toxins10110445

Singh S., Asthana R. K. Assessment of microcystin concentration in carp and catfish: A case study from Lakshmikund pond, Varanasi, India // Bull. Environ. Contam. Toxicol. 2014. Vol. 92. P. 687–692. https://doi.org/10.1007/s00128-014-1277-7

Stewart I., Seawright A. A., Shaw G. R. Cyanobacterial poisoning in livestock, wild mammals and birds – an overview // Adv. Exp. Med. Biol. 2008. Vol. 619. P. 613–637. https://doi.org/10.1007/978-0-387-75865-7_28

Stewart I., Webb P. M., Schluter P. J., Shaw G. R. Recreational and occupational field exposure to freshwater cyanobacteria – a review of anecdotal and case reports, epidemiological studies and the challenges for epidemiologic assessment // Environ. Health. 2006. Vol. 5. Article 6. https://doi.org/10.1186/1476-069x-5-6

Svirčev Z., Kristić S., Miladinov-Mikov M., Baltić V., Vidović M. Freshwater cyanobacterial blooms and primary liver cancer epidemiological studies in Serbia // J. Environ. Sci. Health. C Environ. Carcinog. Ecotoxicol. Rev. 2009. Vol. 27. P. 36–55. https://doi.org/10.1080/10590500802668016

Tatters A. O., Howard M. D. A., Nagoda C., Fetscher A. E., Kudela R. M., Caron D. A. Heterogenity of toxin-producing cyanobacteria and cyanotoxins in coastal watersheds of Southern California // Estuaries and Coasts. 2019. Vol. 42. P. 958–975. https://doi.org/10.1007/s12237-019-00546-w

Wiedner C., Visser P. M., Fastner J., Metcalf J. S., Codd G. A., Mur L. R. Effects of light on the microcystis strain PCC 7806 // Appl. Environ. Microbiol. 2003. Vol. 69. P. 1475–1481. https://doi.org/10.1128/aem.69.3.1475-1481.2003

Yadav I. C., Devi N. L. Pesticides classification and its impact on human and environment. In: Environmental science and engineering. Vol. 6: Toxicology / Eds. R. Chandra, B. R. Gurjar & J. N. Govil. Houston: Studium Press LLC, 2017. P. 140–158.

Yasumoto Y., Murata M. Marine toxins // Chem. Rev. 1993. Vol. 93. P. 1897–1909. https://doi.org/10.1021/cr00021a011

Zimba P. V., Khoo L., Carmichael W. W., Gaunt P. Confirmation of catfish mortalities resulting from microcystin produced during Microcystis blooms // J. Phycol. 2000. Vol. 36. P. 72–73. https://doi.org/10.1046/j.1529-8817.1999.00001-215.x

Zinsstag J., Schellin E., Waltner-Toews D., Tanner M. From “one medicine” to “one health” and systemic approaches to health and well-being // Prev. Vet. Med. 2011. Vol. 101. P. 148–156. https://doi.org/10.1016/j.prevetmed.2010.07.003

Zhou L., Yu H., Chen K. Relationship between microcystin in drinking water and colorectal cancer // Biomed. Environ. Sci. 2002. Vol. 15. P. 166–171.

References in English