Luento 23 Levat Ja Syanobakteerit

7/23/2019 Luento 23 Levat Ja Syanobakteerit

1/67

ElintarvikemyrkytyksiElintarvikemyrkytyksiaiheuttavat levaiheuttavat levt jat ja

syanobakteeritsyanobakteerit

Kaarina Sivonen

MIKRO 213


2/67

Miten levt ja syanobakteerit

liittyvt elintarvikkeisiin? Monet levt ja syanobakteerit tuottavat

voimakkaita myrkkyj

Samat myrkylliset levt ja syanobakteeritmuodostavat massaesiintymi, jolloin myrkkyjenkonsentraatiot paikallisesti suuria

Vesi trkein elintarvike

Kerntyminen vesielistn (simpukat, kalat) Ravinnonlist "terveysruoka"


3/67

Levien ja syanobakteerientuottamat toksiinit

Fykotoksiinit (Phycotoxins vrt.mycotoxins), toksiineja, joitatuotavat fotosynteettisetorganismit: levt ja syanobakteerit

Massaesiintymt Harmful algal

blooms HABs merivesissmurtovesiss ja makeissa vesiss Myrkyt vaikuttavat suoraan (esim.

juomavesi, ihokontakti, aerosolit)tai kertyvt sytviin eliihin[esim. simpukat (engl. shellfish),kalat] tai tappavat esim.

vesielist (kalat, valaat* jne.)* 14 ryhvalasta kuoli 1987 CapeCod:in lahdella sytyn toksiineja(PSP) sisltvi makrilleja

Red Tide punainen vuorovesi


4/67

Miten ilmaistaan toksisuus/

toksiinikonsentraatiot Toksisuus (testit koe-elimill/soluilla)

LD50 = mittaa toksiinin voimakkuutta (kuinka paljonmyrkky tai levmassaa tarvitaan siihen ett 50% koe-eliist (soluista) kuolee kokeissa, jotka normalisoitu kg

ruumiinpainoa kohden) (i.v. = suonen sisisesti, i.p. =vatsaonteloon ruiskutettuna, o.a. = suun kautta) (huom.kemiallisella menetelmll ei koskaan mitata toksisuutta)

Toksiini pitoisuus (yhdisteen konsentraatio kemiallinen,biokemiallinen mittaus)Toksiini konsentraatio per tilavuus (volumetric) tai per

biomassa (gravimetric)Toksiinin osuus (toxin quota) = toksiinin mr per solu(massa/mooli)


5/67

Fykotoksiinien tuottajat

Panssarilevt DINOPHYTA:Dinoflagellaatit:PSP Paralytic Shellfish Poisoning (halvausta aih.)DSP Diarrethic Shellfish Poisoning (ripulia aih.)NSP Neurotoxic Shellfish Poisoning (hermosto oireita)

CFP Ciguatera Fish Poisoning Ruskolevt CHROMOPHYTAPiilevt Diatoms,

ASP - Amnetic Shellfish Poisoning (muistin menetys)Tarttumalevt Prymnesiophycaceae

Kalakuolemat (Ichthyotoxins) Syanobakteerit - CYANOPHYTA


6/67

PSP- Paralytic Shellfish Poisoning

Dinoflagellaattilevienmassaesiintymtvaltameriss < 106 solua /lvesi vrjytyy punaiseksi Red Tide

Toksiinit kerntyvtsimpukoihin (eivt olesimpukoille vaarallisia jakestvt kuumennusta) >PSP myrkytykset ihmisill

(kuolemaan johtaneitamyrkytyksi)PSP toksiinien tuottajat:

Alexandrium spp. (7 lajia,A. tamarence ,A. catanella), (Gonyaulax),Gymnodinium catenatum, Pyrodinium sp. (2 lajia,P. bahamense)


7/67

PSP rakenne ja vaikutukset

Voimakkaita hermomyrkkyj:tukkivat hermoston natriumkanavat, saksitoksiini LD50 10g/kg (hiiri i.p.)

Myrkytysoireet vaihtelevat

PSP toksiinien koostumuksenmukaan: tunnottomuus,lihasheikkous pahoinvointi,hengitysvaikeudet, halvaus

Myrkytystapauksia: 1970 luvulle tultaessa n. 1600 myrkytystihmisill Pohjois-Amerikassa ja Euroopassa, sen jlkeen n. 900listapausta posin alueilla, joissa ei aiempaa PSPmyrkytyshistoriaa tai kehitysmaissa (Aasia esim. Kiina, Intia, Vietnam,Indoneesia...)

PSP l."saksitoksiinit"


8/67

DSP Diarrethic Shellfish Poisoning

Suolistosairauksia aiheuttaviatoksiineja, simpukan vlityksell

Oireet: ripuli (92%), pahoinvointi(80%), oksennus (79%),suolistokivut (53%)

Tapauksia Euroopassa, JapanissaPohjois- ja Etel-Amerikassa, Etel

Australia, Intia, Thaimaa, Etel -Afrikka

Tuottajat:Dinoflagellaatit (kuva 1),Dinophysis fortii, D. acuminata*, D.acuta, D. mitra, D. norvegica*, D.

tripesjaD. rotundata*Prorocentrum lima (kuva 2)* Havaittu mys Itmeress


9/67

DSP Toksiinien rakenne

Useita toksiineja: okadiinihappo,dinofysistoksiini ja pektenotoksiini

Okadiinihapon LD50 arvo on 192g/kg (i.v. hiiri), ihmisill 40gannos riitt aiheuttamaan ripulinaikuisella

Okadiinihappo estproteiinifosfataasi 1, 2A, ja 2B(trkeimmt tumallisen solunproteiinifosfataasit ovat PP1, PP2A,PP2B ja PP2C) ja on mys tuumoripromottori (= edist jo alkaneidenkasvainten synty)

Okadiinihappoa tavattu pieninpitoisuuksina mys Itmerest

(kampela) (Sipi et al. 2000 Sarsia 85:471-475), samoin pektenotoksiini-2 jadinofysistoksiini -1 (Kuuppo et al., 2006,Limnol. & Oceanography 51:2300-2307)


10/67

NSP Neurotoxic Shellfish Posoning

Florida, Meksikon lahti,meriaerosolien aiheuttamiaoireita

Uusi-Seelanti (simpukat) Oireet: pahoinvointi,

oksennus, ripuli,

tunnottomuus jne. Toksiinit voimakkaasti

limakalvoja rsyttvi Mys kala, lintukuolemia ja

merilehmien (manatee)kuolemia

Tuottajat, dinoflagellaatitGymnodinium/Ptychodiscus brevis,

G. breve


11/67

NSP Toksiinien rakenne

Useita toksisiayhdisteit

Breevetoksiinit(polysyklisi eettereit)

Nano- ja piko-molaarisetkonsentraatiot toksiiniaindusoivathermokanavien Na+-ionien sisn virtauksen


12/67

Ciguatera

Ruokamyrkytyksi yli 50 000 ihmist sairastuu vuosittain Trooppisten ja subtroppisten alueiden kalat (35 N 34 S)

yli 400 kalalajia (Kuuba, Florida, Indonesia, Pohjois-Australia...)

Koralliriutoilla kalat syvt toksiineja sisltvi

dinoflagellaatteja makrolevien pinnoilta, toksiinitkerntyvt petokaloihin (baracuda, snapper, grouper,jacks...)

Tuottajat,

dinoflagellaatit:


13/67

Ciguatera

Siguatera-toksiini (Ciguatoxin) on hyvinrasvaliukoinen yhdiste, LD50 arvo on 0.45g/kg (i.p.hiiri), muistuttaa brevetoksiineja mutta onvoimakkaampi (10 100X)

Siguatera myrkytyksiss useita toksisia

komponentteja Scaritoxin, Gambiertoxin

Kuvassa kalasta jalevst eristetty(polyeetteri) siguatoksiini


14/67

ASP Amnesic Shellfish Posioning

Kanadassa 1987 ihmisetsairastuivat Nova Scotianalueella sytyn simpukoita;107 ihmist sairastui 3 kuoli

Mys Pohjois-Amerikanlnsirannikolla (pelikaanien ja

merileijonien kuolemia) Oireet: pahoinvointi,

suolistokouristuksia, ripulia,hahmottamisvaikeuksia jamuistinmenetyksi (amnesia)

Tuottajat: (Nitzschia punges-piilev) nyk. nimi. Pseudo-nitzschia multiseries, Pseudo-nitzschia australiensis

Toksiini domonihappo(domoic acid) vaikuttaakeskushermostoon(hermovlittjaine glutamaatinanalogi)Turvaraja 20 g/g (epidemianaikana 900 g/g) - PSP 0.8g/gIhminen herkempi kuin jyrsij


15/67

Prymnesium parvum

Murtovesiss Kalakuolemia: Englannissa, Hollannissa,

Tanskassa, Bulgariassa, Israelissa ja Norjanrannikoilla (v. 89, -90)

Toksiinit happamia polaarisia lipidej:iktyotoksiini = kalatoksiini, cytotoksiini =solutoksiini ja hemolyyttinen = punasolujahajottava toksiini

Toksiinit erittyvt veteen ja vaikuttavat kalojen

kiduksiin Lev herkk ammoniumsuoloille hyv

kontrollointi keino


16/67

Chrysochromulina polylepsis

1988 massiivisia kalakuolemia Ruotsin (9-14toukokuuta), Tanskan (- 26 toukokuuta) jaNorjan (24-29 toukokuuta) rannikoilla

Suurin mr soluja 7-14 syvyydess -

kalakuolemia ennen kuin kukinta havaittiin Toksiini kerntyy ostereihin ja simpukoihin, ei

voitu tunnistaa kalan lihasta Toksiini sislt komponentteja, jotka erilaisia

kuinPrymnesium parvumin tuottamat toksiinit(hemolyyttist = punasoluja hajottavaa jasolutoksista aktiivisuutta)


17/67

Levtoksiinien mittausmenetelmt

Hiiritesti mm. PSP MU (mouse unit)/kg

Raja-arvo: 80 g STX ekvivalenttia per 100 gsimpukan lihaa tmn ylittvt pitoisuudet

> simpukoita ei saa myyd Nestekromatografia, kapillaarielektroforeesi, LC-MS

tehokkaita kaikkien tunnettujen toksiinienanalysoinnissa, PSP mys ELISA testi

Ongelma uudet toksiinit/toksiinivariantit,referenssimateriaalien puute


18/67

Miten levien aiheuttamia myrkytyksivoidaan ehkist?

Elintarvikkeiden valvonta simpukoiden tehovalvontamyrkkyjen varalta vhentnyt sairastumisia

Simpukoiden kasvatus puhtaissa vesiss valvotuissaoloissa

Trooppisten petokalojen vlttminen ravintona(koralliriutat)

Vesiensuojelu (piin pitoisuus trke kun se loppuupiilevt hvivt ja paikan valtaavat dinoflagellaatit)

Laivojen tasapainotusvedet ers levimisreitti(vieraslajit)

Tutkimus (tietoaukkoja viel paljon)


19/67

SyanobakteeritoksiinitCyanobacteria

M ic r ocy s t i ns (> 6 0 v a ri ant s )

- acute hepatot oxicity

- tumour promotion

- guideline value in DW 1 g / L

N od u la r i ns (~ 1 0 v a ri ant s )

- acute hepatot oxicity

- tumour promotion

- carcinogens

H ep at o t o x in s

(H om o-)A na t ox in -a

- binds to acetylcholine

receptors

- LD 5 0 2 5 0 g / k g

A na to xi n-a (S )

- cholinesterase inhibitor

- LD 5 0 20 -50 g / kg

S a x ito x ins ( ~ 2 0 v a ri ant s )

- block Na channels

- LD 5 0 1 0 g / k g

N eu r o t o x in s

D erm a t ot ox ins

- aplysiatoxins

- lyngbyatoxins

C y l i nd r ospe rm ops ins

- inhibitor of prot ein synthesis

- destro ys liver, t hymus, heart

and kidney cells

E ndo t ox i n s

- bacterial cell w all

components

Ot h er t o x in s

Mikrokystiinit yleisimpi tutkimus kohdistunut niihin tuumori promootio!Huom: Saxitoksiinit = Dinoflagellaatit tuottavat samoja toksiineja (PSP)Mikrokystiinit/nodulariini sek okadiinihappo inhiboivat proteiinifosfataaseja


20/67

Syanobakteerien peptidi

maksamyrkyt (hepatotoksiinit)

- Mikrokystiinit rengasrakenteisetheptapeptidit (80 rakennevarianttia)(makeissa vesiss) ptuottajat:

Microcystis, Planktothrix, Anabaena,Nostoc

- Nodulariini rengasrakenteinenpentapeptidi (murtovesi esim. Itmeri) -tuottajaNodularia spumigena

- Eptyypillisi aminohappoja esim. Adda Hepatotoksiinit estvt tiettyjen

trkeiden seriini/treoniini spesifisten

proteiini-fosfataasientsyymien toiminnan tuumori promottoreita Toksiinit stabiileja eivt hajoa

keitettess

Adda

D-Glu Mdha

D-Ala

Leu

D-Me-AspArg

Kokooma-artikkeleita aiheesta esim. Sivonen & Jones 1999; Sivonen & Brner 2008, Sivonen 2009


21/67

Mikrokystiinien ja nodulariininmyrkkyvaikutus

Carmichael, Scientific American, 1994


22/67

Syanobakteerien hermomyrkyt (neurotoksiinit):anatoksiini-a, anatoksiini-a(S) ja saksitoksiinit

The LD50 i.p. toxicity in mice250-375g kg-1

The i.p. LD50 in mice is20 g kg-1

Syanobakteerien hermomyrkyt estvt hermoimpulssin kulun;anatoksiini-a jljittelemll asetyylikoliinin vaikutusta,anatoksiini-a(S) on antikolinesteraasi ja saksitoksiinit

estmll Na-kanavien toiminnan Anatoksiini-a:ta & saksitoksiineja on lydetty SuomestaAnabaena on trkein hermomyrkkyjen tuottaja Suomen vesiss Labiilimpia kuin maksamyrkyt emksisiss oloissa hajoamista

The i.p. LD50 in mice is 10g kg-1 >


23/67

Miten syanobakteerien neurotoksiini tappaa?

Carmichael, Scientific American, 1994


24/67

Syanobakteerien massaesiintymien(kukintojen) myrkyllisyys

Jrviemme syanobakteerimassa-esiintymt ovat usein myrkyllisi

Maksamyrkylliset kukinnat ovatjrviss yleisempi kuin

hermomyrkylliset kukinnat

Kukinnat ovat aiheuttaneetelinkuolemia

Suomen jrviss useita myrkkyjtuottavia syanobakteereja

Microcystis,AnabaenajaPlanktothrix -

ne kaikki tuottavat maksamyrkkyj eli

mikrokystiinejAnabaenatrkein hermomyrkkyjentuottaja

Sivonen et al. 1989. Toxicity Assessment 4:339-352. Sivonen et al.1990. Hydrobiologia 190:267-275.

Microcystis

Anabaena

Planktotrix


25/67

Itmeren syanobakteerikukinnat

Itmerell maksamyrkyllisetsyanobakteerikukinnat ovat

jokakesinen ilmi

Trkein myrkky on nodulariini,jota avomerell tuottaa

murtovesiss esiintyv

syanobakteeriNodulari a spumigena

Suomenlahdeltalytynyt mysmikrokystiinejtuottaviaAnabaena -kantoja

Sivonen et al. 1989. Appl. Environ. Microbiol. 55(8):1990-1995.

Halinen et al., 2007. Appl. Env. Microbiol. 73: 6543-6550.


26/67

Solutoksiini Sylindrospermopsiini

Sylindrospermopsiini on rengasrakenteinen alkaloidi (MW 415) esiintyy yleisesti trooppisissa ja subtroppisissa vesiss (Australia,Brazilia, USA, Eurooppa)LD50 i.p. hiirell on 2.1 mg kg

-1bw, 24h (0.2 kun 5-6 pivn altistus)

Toksiini inhiboi proteiinisynteesiTuottajia:Cylindrospermopsis raciborskii, Umezakia natans,

Aphanizomenon ovalisporum/bergii, Raphidiopsis curvata

Suomessa:Anabaena lapponica


27/67

Syanobakteerien lipopolysakkaridit(LPS)

Soluseinn osa

Aiheuttavat kuumetta jaallergeenisia reaktioita

Syanobakteerien LPSon vhemmnmyrkyllist kuinpatogeenistenbakteerien LPS esim.Salmonella


28/67

Miten ihmiset voivat altistuasyanobakteeritoksiineille?

Juomavesi -vedenpuhdistus

Veden kyttvirkistykseen

Ruoka kalat, yriiset,vesilinnut, kasvikset, joskasteluvesi kukinnasta

"Terveystuotteet" Dialyysi

Toksiinivaikutukset vhisempi suunkautta annosteltuna kuin suonensisisesti tai vatsaonteloon ruiskutettuna


29/67

Dialyysi

Caruaru Brasilia:v. 1996 n. 50 potilasta kuoli "Caruarusyndroomaan" mikrokystiinit mahd. myssylindrospermopsiini aiheuttajina vesisuoraan jrvest (haluttiin vlttkloorauksen aiheuttamia ongelmiadialyysiss) aktiivihiilisuodatettunadialyysiin aktiivihiilipatruunoiden

kyllstyminen toksiineilla toksiinitsuoraan suoneen


30/67

Terveysruoka

Spirulina tapletit/puristeet Klamath Lake (Oregon) -Aphanizomenon

"Many of our clients ask us about blue-green algae and what it has to do with E3Live Aphanizomenon flos-aquae (AFA). As you know,E3Live is 100% AFA, a superior blue-green algae. It is not man-made or manufactured, but harvested from nature under the highest of

standards before it is sent to you in its fresh-frozen state. AFA is an edible species of blue-green algae that has been consumed byindigenous people for thousands of years. AFA is a very nutritious, whole food containing over 64 nutrients that are 97% absorbed by thebody. "

(mikrokystiinej on ajoittain lydetty pieninpitoisuuksina APH valmisteesta)

Kuvat:http://www.spirulinas

ource.com/earthfoodch5a.html
http://www.spirulinas/http://www.spirulinas/


31/67

Toksiinikonsentraatiotluonnossa

Kukinnan intensiteetti ja laajuus (Itmerell korkeinmitattu pitoisuus 18 mg /g kuivapainoa jrviss korkeitaanatoksiini-a pitoisuuksia > 4.3 mg/g kuivapainoa; mikrokystiinitmaksimi arvo miattuna ELISA:lla 5.2 mg/l, saksitoksiini 1 mg/l v.2002-2003)

Muodostuuko kukinta pelkstn myrkyntuottajista? Maksamyrkyt mit toksiineja lytyy? (Nodulariini ja

mikrokystiini-LR voimakkaimpia)

Kukinnan tila (esim. hajoava massa vapauttaa toksiinitveteen - laimeneminen)

Ympristtekijt voivat vaikuttaa kukinnanvoimakkuuteen (laboratoriokokeissa 5-6 X eroja)


32/67

Erittyvtk toksiinit?

Mikrokystiinit enimmkseen terveiden solujensisll

poistetaan solut, mys myrkyt poistuvat

Anatoksiini-a suuria mri toksiineja ajoittain myskasvualustassa

lanktothrix agardhiistrain 97


33/67

Syanobakteeritoksiinien/tuottajienhavainnointi

Harada, 1996

Tarvitaanko nytteen puhdistusta

tai konsentrointia?

Riittk meille tieto toksiini-

konsentraatioista vai haluammeko

tiet mit toksiineja nytteess on?

Myrkyn tuottaja? > kantojen eristysPCR, kvantit. reaaliaikainen PCR,

Microarray

Esim. jrvien kunnostus


34/67

Syanobakteeritoksiinien analyysimenetelmt

NMR

MS

LC/MS

HPLC (UV

detection)

MMPBTLC

Bioassay(mouse) Phosphataseassay

ELISA

0

25

50

75

100

Sensitivity

Selectiv

ity

Physico-chemical Biological and biochemical

g


35/67

Tuottajien tunnistus

Maksamyrkkyjentuottajien tunnistusperustuu

biosynteesigeeneihin(mikrokystiini nodulariinisyntetaaseihin)

PCR, kvantitatiivinen

PCR, Mikrolastu(A. Rantala 2007 vitskirja)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

2SH

01

2TU

02

2KJ0

3

2SJ0

4

2KN0

5

2VD

06

2PN

07

2KE

08

2RN0

9

2LA1

0

2KY

11

2PH

12

2VU

13

2SJ1

4

2VM

15

2IL1

6

2HZ1

7

2TT1

8

2LA

19

2PQ

20

2TI2

1

2VE

22

2JT2

3

2MY

24

2VA

25

2VJ2

6

2IA

27

2SS2

8

2SN2

9

2PY

30

2PU

31

2HK3

2

2KL3

32I

J34

2KH

35

2IK

36

2YL3

7

2HV3

8

2PO

39

2LK4

0

2LO

41

2KM

42

2HK4

3

2RJ4

4

2TO

45

2TA4

6

2NJ4

7

2IR

48

2HH

49

2PJ5

0

2PP

51

2HI5

2

2KK5

3

2KS

54

2KU

55

2PK

56

2VS

57

2MA

58

2IH5

9

2SG

60

2IV

61

2PE6

2

2PV6

3

2KR

64

2SD

65

2MK

66

2UR6

7

2RA6

8

2EN

69

2KI7

0

2VG71

samples

bandsurface Plank_mcyE

Ana_mcyE

Mic_mcyE

general_mcyE

y = 0,7846x - 1,0697

R2 = 0,7244

-1

0

1

2

3

1 2 3 4 5

log(ngnodularin/mlwater)

log ( copies/ ml water)ndaF

1


36/67

SyanobakteeritoksiinienSyanobakteeritoksiinienvaikutuksetvaikutukset elieliststnn

Vesieliist elinplankton ja kalat ovat alttiitasyanobakteerien toksiinivaikutuksille

Vaikutuksilla eroa, suvun, lajin ja jopa kloonien vlill

Syanobakteeritoksiinit voivat vaikuttaa elinplanktonin

rakenteeseen (jos toiset lajit herkempi kuin toiset selektio) Suositus l sy kalojen (vesilintujen) siselimi

(maksaa) kukintojen aikana

l kyt kukintavett salaattien kasteluun(pitoisuusjmt)

Laboratoriokokeissa kasvien on havaittu olevan alttiitamyrkyille, juuristo alikehittynyt

Est koti ja lemmikkielinten psy kukintoihin


37/67

Myrkyllisten kukintojen aiheuttamat

elinkuolemat (esimerkkej)

Place and Year Animals affected Type of toxicity/

Toxin

Cyanobacteria Reference

Australia, L.Alexandrina, 1878

Sheep, horses, dogs, pigs Hepatotoxin Nodularia Francis, 1878

Finland, L. Vesijrvi,1928

40 cows Neurotoxin Anabaena Hindersson, 1933

Baltic Sea, 1975, 1982-

1984

Dogs, 16 young cattle Hepatotoxin Nodularia Nehring, 1993

Norway, Roagland1978

4 heifers Hepatotoxins Microcystis Skulberg, 1979

Finland, L. Sskj. &L. Syhteenj. 1985-86

5 cows Anatoxin-a Anabaena Sivonen et al., 1990

Finland, land Island1985

Fish, birds, muskrats Hepatotoxins Oscillatoria/Planktothrix

Eriksson et al., 1986

Denmark, L. Knud s

1993, 1994

Over 20 birds, 1 dog Anatoxin-a(S) Anabaena lemmermanni Henriksen et al., 1997

Australia, Darling river,1991

2000 catt le and sheep saxitoxins Anabaena circinalis Chorus & Bartram, 1999


38/67

Veden virkistyskytt

Vlt sinilevisen vedenkytt

EU:n uimavesidirektiivi syanobakteerit mainittuerikseen

Uimarantojen valvontauimakiellot/varoitukset lapset riskiryhm

Aerosolit roiskeet vesihiihto,saunavesi

Suomessa myrkytyskeskuksiinyhteydenottoja vuosittain


39/67

J uomavesi ohjearvot

J uomavesi saa sislt enintn1

g l

mikrokystiini-LR: (WHO:n suositus)

Riskialueet alhaisemmat arvot?(kehitysmaat vett ei pudisteta +ravinnossa esim. aflatoksiineja)

Monien toksiinien suhteen puuttuutoksikologinen ja epidemiologinen tieto, jotta

raja-arvoja/ohjearvoja voitaisiinmritt


40/67

Ohjearvojen laskenta Tarvitaan hyvi toksikologisia/epidemiologisia tutkimuksia

Ohjearvo = TDI x bw x P Mikrokystiineille= 1 g/litraL

TDI = tolerable daily intake (0.04 g Kg-1bw per day)(myrkkymr joka ei aiheuta terveysvaikutuksia koko

elinin aikana laskettu hiiritestin perusteellaturvakertoimella 1000. Huom. tm perustuu vain akuuttiinmyrkyllisyyteen, tuumoripromootio vaikutuksia eihuomioitu)bw = body weight (oletus: 60 kg aikunen 2 litraa vettper piv)

P = juomaveden osuus pivittisest toksiinisaannostaarvioitiin 80% (arvo kaavassa 0.8)

Tulos kaavasta = 0,95 g/l pyristys 1 g/L


41/67

J uomaveden kytt Suomessa

Vedenksittelylaitokset jakelevat 1.12 Mm3

pivss

Vedenkulutus noin 243 litraa/henkil/vrk Pintavett n. 60%

Pohjavesi tai tekopohjavesi (noin 20% sis.ed. lukuun)


42/67

Poistuvatko syanobakteerisolut

vedenksittelyss? SOLUT:

Solujen poistoontarvitaan kemiallinen

saostus Hiekkasuodatus ei poista soluja

tehokkaasti (esimerkki menneilt vuosiltaSuomesta: Draksfjrd kylpyammeessa vihreit

hiukkasia Planktothrix agardhiifilamentteja vedenkyttkielto tankkiautoilla puhdasta vett)


43/67

Raakavesilhde (jrvi), syksy 1998

V = 1.4 x 106 m3 MCYST-LR = 14 kg

0

2

4

6

8

0,01 0,1 1 10 100

Depth

(m)

Chl-a (g/l) MCYST-LR (g/l)

Planktothrix (mg/l)

Lhde: Jarkko Rapala Sosiaali ja terveydenhuollon tuotevalvontakeskus (STTV)


44/67

Massaesiintymi raakavesilhteissPlanktothrix

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0,01 0,1 1 10 100

Depth(m)

Planktothrix agardhii (mg l-1), Chlorophyll-a

(g l-1), MicrocystinMicrocystin--LRLR((g lg l--11))

Vertical distribution of chlorophyl aand microcystins ofPlanktothrixagardhiiin L. stra Kyrksundet(Lindholmet al. 1989)

Kes 1999


45/67

Massaesiintymien seuranta

raakaveislhteiss trke

Planktothrix

0

100

200

300

400

500

600

700

15.8.1

9

98

15.9.1

9

98

15.1

0.1

9

98

15.1

1.1

9

98

15.1

2.1

9

98

15.1.1

9

99

15.2.1

9

99

15.3.1

9

99

15.4.1

9

99

15.5.1

9

99

15.6.1

9

99

15.7.1

9

99

Planktothrix

0

2

4

6

810

12

14

16

18

MCYS

T

Planktothrix (m / L) MCYST (g / L) Ice cover

Huom: Pien-Saimaa Anabaena kukintaa parhaillaan jn alla


46/67

Poistaako vedenksittely toksiinit?

TOKSIINIT:

Aktiivihiili ja otsonointi tehokkaita

Klooraus (Suomessa kytetyill annoksilla) eiriittvn tehokas

Tekopohjaveden valmistus suodatus harjujenlpi tai rantaimeytyksen poistumista tapahtuu

adsorption ja biohajoamisen avulla


47/67

Perusvedenksittelymenetelmt

(1) Orgaanisen aineen poisto Saostus

ja

Selkeytys

sedimentaatio

tai

flotaatio

Poistaa solut 80-90% poisto solun sisiset toksiinit

Lhde: J. Rapala, STTV ja K. Lahti: Vesitalous lehti 5/1999


48/67


(2) Orgaanisen aineen poisto

(Nopea) Hiekkasuodatus

Saostuksen ja selkeytyksen jlkeen, eisuositella ilman

Poistaa osan soluista

Ei poista liuenneita toksiineja



49/67


(3) Desinfiointi Klooraus

kaasu: ei tehokas toksiineille

tai

hypokloriitti: riippuu annoksesta, aika ja pH, >80%toksiinien poisto mahdollista

Klooriamiiniksittely ei tehoa syanobakteerien toksiineihin

UV-ksittely ei tehoa syanobakteerien toksiineihin



50/67

Vesien lisksittelymenetelmt

(1) liuenneiden orgaanisten aineiden poistoAktiivihiili (adsorptio)

Aktiivihiilijauhe

ei poista soluja, >85% toksiineista poistuu

Aktiivihiilisuodatuspoistaa jonkin verran soluja, >80% poisto

liuenneille toksiineille



51/67

Vesien lisksittelymenetelmt(2) (liuenneiden) orgaanisten aineiden

poisto Otsonointi

rikkoo solut lis liuenneita toksiineja >98% liuenneiden toksiinien poisto

Vetyperoksidi

tehoton toksiinien poistossa, tehokas yhdistettyn TiO2 Hidas hiekkasuodatus

tehokas solujen sisisten toksiinien poisto liuenneiden toksiinien poisto riippuu biofilmist suodattimilla

ja suodatusnopeudesta

(Kalium permanganaatti)

>95% liuenneiden toksiinien poisto



52/67

Veden lisksittelymenetelmt

(3) Esiksittelyt Esiotsonointi

tai

Esiklooraus

kytetn lismn saostuksen

vaikutusta lisvt liuenneiden toksiinien mr



53/67

Vedenksittelyjrjestelmt vaihteleviaSuomessa

(Lahti et al., 2001 Water Sci. Technol. 43:225-228)

A - Sand filtration, Al-coagulation, mixing with ground water, chlorinationB - Contact filtration with Al, activated carbon filtration, chlorinationC - Al-flotation on sand filter, chlorinationD - Al-flotation on sand filter, UV-disinfection, chlorination

E - Al-coagulation, flotation, sand filtration, chlorination

F - Al-coagulation, flotation/clarification, ClO2, activated carbon filtration,chlorinationG - Fe-coagulation, clarification, sand filtration, Fe-coagulation, flotation,

activated carbon filtration, chlorinationH - Fe-coagulation, activated carbon powder, Fe-coagulation,

flotation/clarification, activated carbon filtration, chloramine

I - Al-coagulation, clarification, sand filtration, ozonation, slow sandfiltration, chlorination

J - Ozonation, Fe-coagulation, flotation, sand filtration, chloramineK - Al-coagulation, clarification, sand filtration, ozonation, activated carbon

filtration, chlorination


54/67

Mikrokystiinien konsentraatiot(g l-1) raakavedess

MCYST-positive samples1999 2000 2001 MCYST (g / l)

A 1 / 4 0 / 5


55/67

0,01

0,1

1

10

Raw water Clarification I Clarification II

/ Flotation

AC +

Chloramine

g/L

Esimerkkej mikrokystiinien

pitoisuuksista vedenksittelyn jlkeen


56/67

0,01

0,1

1

10

R a w w a te r C O AG ,

C L A R I F , F I L T

A C C h lo rin a tio n

g

/L

Esimerkkej mikrokystiinien

pitoisuuksista vedenksittelyn jlkeen


57/67

Chlorination

Slow sand filtration

Ozonation

Rapid sand filtration

Clarification

Coagulation

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

2

0/08/1998

2

0/11/1998

2

0/02/1999

2

0/05/1999

2

0/08/1999

2

0/11/1999

2

0/02/2000

2

0/05/2000

2

0/08/2000

2

0/11/2000

2

0/02/2001

2

0/05/2001

2

0/08/2001

2

0/11/2001

0,02

0,06

0,1

0,14

0,18

0,22

0,26

0,3

20/08/1998

20/11/1998

20/02/1999

20/05/1999

20/08/1999

20/11/1999

20/02/2000

20/05/2000

20/08/2000

20/11/2000

20/02/2001

20/05/2001

20/08/2001

20/11/2001

Esimerkki todelliselta vesilaitokselta

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

20/08/1998

20/11/1998

20/02/1999

20/05/1999

20/08/1999

20/11/1999

20/02/2000

20/05/2000

20/08/2000

20/11/2000

20/02/2001

20/05/2001

20/08/2001

20/11/2001

Raakavesi

Puhdistusjrjestelm


58/67

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

20/08

/1998

20/11

/1998

20/02

/1999

20/05

/1999

20/08

/1999

20/11

/1999

20/02

/2000

20/05

/2000

20/08

/2000

20/11

/2000

20/02

/2001

20/05

/2001

20/08

/2001

20/11

/2001

Vesilaitostutkimus:

Otsonointi - toimintahiri

Malfunction of the ozonator


59/67

Mikrokystiinien poisto

0,01

0 ,1

1

10

R

aw

wa

ter

C

O

A

G

,

C

LA

R

IF,

FILT

O

zo

na

tion

S

low

s

and

filtration

C

hlorina

tion

g

/L


60/67

Yhteenveto, mikrokystiinit(Suomalaiset puhdistuslaitokset)

Mikrokystiinit yleisi raakavesilhteiss

WHO:n ohjearvon ylittvi konsentraatioitaraakavedess

Mys pudistetussa vedess ajoittain pienitoksiinipitoisuuksia

Saostus, selkeytys ja nopea hiekkasuodatusvhensivt suurimman osan mutta eivt

kaikkea Otsonointi ja hidas hiekkasuodatus vhensivtedelleen toksiinipitoisuuksia


61/67

Tekopohjavesi

Jrvi/jokivett ruiskutetaanharjuun, jossa vesi

suodattuu harjun lpi jasamalla puhdistuu


62/67

RantaimeytysJrven vesi suodattuu rantapenkereiden lpi


63/67

Mikrokystiinit rantaimeytyslaitoksilla


64/67

EndotoksiinitRapala et al. 2002, Water Res. 36:2627-2635

Vesinytteiden endotoksiini-pitoisuudetolivatyhteydess Gram-bakteerien mriin:akseenisilla syanobakteereilla alhainenaktiivisuus

Endotoksiinien poistoa tutkittiin 9vesilaitoksella endotoksiinitpoistuivat 59-97% tehokkuudella

Tehokkain poistuma tapahtui saostuksen, ja

suodatuksen jlkeen (aktiivihiilell,otsonoinnilla sek kloorauksella vain vhnvaikutusta)


65/67

Endotoxin concentrations (EU ml-

)

Raw water Treated water

A 353300 48B 5220 839C 2229 45D 3974 28E 4661 49G 2732 12

I 5795 12

Endotoksiinien poistuminen vesilaitoksilla


66/67

Kuinka myrkyllisten syanobakteerien

aiheuttamia ongelmia voitaisiin vltt

Suojellaan vesi rehevitymiselt

Vltetn vedenkytt kukintojenaikana (uimakiellot estetnlasten ja elinten psy kukintaan)

Otetaan kyttn tehokkaat vedenpuhdistusmenetelmt

J tetn symtt kalojen(vesilintujen) maksat jos ne onpyydetty kukintojen aikana

Tutkimus uutta tietoa, keinoja jamenetelmi


67/67

Listietoa - lhteit

Suomeksi:Sivonen, K. 1998. Lev iskee maksaan ja hermostoon. Tiede 2000,4/98:40-43. (Levien ja syanobakteerien toksiinit)

Vesitalous-lehti, 5/1999. (Erikoisnumero syanobakteeritoksiineista).

Englanniksi:Toxic Cyanobacteria in Water: a Guide to Public Health Significance,Monitoring and Management. 1999. I. Chorus & J. Bertram (Eds.).The World Health Organization. ISBN 0-419-23930-8. E & FN Spon,London, UK.http://www.who.int/water_sanitation_health/resourcesquality/toxicyanbact/en/

Seafood and Freshwater Toxins: Pharmacology, physiology and

detection. 2000. L. M. Botana (Ed.). Marcel Dekker Inc. New York.
http://www.who.int/water_sanitation_health/resourcesquality/toxicyahttp://www.who.int/water_sanitation_health/resourcesquality/toxicya

Documents

Luento 23 Levat Ja Syanobakteerit