Ученые каталогизируют цианобактерии в кенийском озере

Чтобы попытаться понять, как вредоносное цветение водорослей может развиваться в озере Эри в условиях потепления климата, ученые из Мичиганского университета помогли провести исследование цианобактерий в заливе озера Виктория в Кении.

Когда цианобактерии размножаются бесконтрольно, они могут образовывать облака зеленых водорослей, называемые цианобактериальным вредоносным цветением водорослей, или cyanoHABs. Некоторые виды цианобактерий производят токсины, и поэтому это цветение водорослей может быть вредным не только для диких животных и домашнего скота, но и для людей, использующих воду. Залив Винам озера Виктория в Кении, залив с аналогичными лимнологическими свойствами, и поэтому потенциально может быть моделью для озера Эри в условиях потепления климата, испытывает вредоносное цветение водорослей круглый год.

Лорен Харт, ведущий автор исследования, выполнившая эту работу в качестве докторанта U-M, отмечает, что в рамках сотрудничества они хотели изучить не только вредоносное цветение водорослей, но и социальные последствия HAB в контексте залива Винам, являющегося моделью для теплеющего озера Эри. Залив Винам, по ее словам, является одним из самых продуктивных бассейнов озера Виктория для рыболовства, и от него зависит третий по величине город Кении, Кисуму.

Хотя это цветение водорослей действительно происходит круглый год, ранее исследователи не составляли генетический каталог цианобактерий, обитающих в заливе. Теперь группа исследователей из Северной Америки и Кении завершила генетическое секвенирование цианобактерий в заливе Винам. Их результаты, которые также помогут местным властям отслеживать вредоносное цветение водорослей, опубликованы в журнале Applied and Environmental Microbiology.

Джордж Буллерджан, профессор биологических наук в Университете Боулинг Грин и старший автор статьи, отмечает, что работа, возглавляемая Лорен, раскрывает синтетические возможности цветения цианобактерий в районе, страдающем от круглогодичного цветения. В отличие от США, где водоочистные сооружения эффективно удаляют цианобактериальные токсины, в Кении таких ресурсов нет. Сельское население, по его словам, пьет воду прямо из озера, подвергаясь рискам, с которыми жители Запада никогда не сталкиваются. Понимание токсигенного потенциала цветения озера Виктория, по словам Буллерджана, является первым шагом в разработке протоколов для информирования жителей о таких рисках, чтобы они могли изменить свое водопользование в периоды интенсивного цветения.

Воду, загрязненную токсичными цианобактериями, нельзя сделать безопасной путем кипячения. Кипячение может фактически сделать воду еще менее безопасной, потому что кипячение бактерий, продуцирующих токсины, может расщепить бактерии, высвобождая больше токсинов.

Для проведения полного генетического обследования цианобактерий в заливе Винам исследователи взяли пробы из озера в 2022 и 2023 годах. Они идентифицировали вид цианобактерий под названием Dolichospermum как наиболее доминирующие цианобактерии, образующие цветение. В большинстве мест, где исследователи обнаружили Dolichospermum, они также обнаружили другую цианобактерию под названием Microcystis. Microcystis и цианобактерия под названием Planktothrix были более многочисленны на мелководных и мутных участках. Все три эти цианобактерии также обнаруживаются в cyanoHABs в озере Эри.

По словам Харт, это было интересным открытием, потому что области мутности — вода, в которой много взвешенного материала, например, там, где реки впадают в озера, — могут маскировать видимость вредоносного цветения водорослей. Вредоносное цветение водорослей часто может проявляться в виде облаков зеленого материала, но в мутных областях вода может просто казаться мутной. Харт отмечает, что это вызывает серьезную озабоченность в районах, где люди используют сырую воду, потому что цветение не видно, и, соответственно, нет возможности принять меры предосторожности.

Сама Харт определила, что организм Microcystis производит микроцистин, токсин, который может повредить печень, а также 300 других кластеров генов, ответственных за производство молекул, как токсичных, так и других, согласно соавтору исследования Грегори Дику, профессору наук о Земле и окружающей среде U-M и директору Центра Великих озер по пресноводным водоемам и здоровью человека. Дик подчеркивает, что работа Лорен — отличный пример того, как геномика окружающей среды может решать давние вопросы, такие как определение организма, производящего известные токсины, а также раскрывать генетический потенциал для производства огромного разнообразия других представляющих интерес молекул, о некоторых из которых ученые даже не знали.

Токсины могут попадать в организм человека несколькими путями, в том числе при проглатывании токсинов, вдыхании их, когда они попадают в воздух, или всасывании через кожу во время купания или стирки одежды. По словам Харт, которая также занимается изучением того, как различные токсины взаимодействуют друг с другом, попадая в организм человека, люди с ослабленным иммунитетом наиболее подвержены риску вредного воздействия этих токсинов.

Харт интересует вопрос синергии: если микроцистин и другой токсин, который производит Microcystis, попадают в наш организм одновременно, будет ли один плюс один равняться четырем, а не двум? Может ли один усиливать действие другого? Появляются исследования, которые обнаруживают вредную синергию между этими молекулами, особенно когда речь идет о жировой болезни печени и нанесении вреда микробиому кишечника. Возвращаясь к заливу Винам, это важно, потому что в Кисуму, третьем по величине городе Кении, один из самых высоких показателей распространенности малярии и большое количество ВИЧ-инфицированных, что приводит к большому количеству людей с ослабленным иммунитетом. Это, по словам Харт, усилит воздействие этих цианотоксинов и HAB на людей в этом регионе.