Hidrológiai Közlöny 2011 (91. évfolyam)

6. szám - LII. Hidrobiológus Napok: „Alkalmazott hidrobiológia” Tihany, 2010. október 6-8.

15 Kismolekulájú klórozott szénhidrogének hatása a Synechococcus PCC 6301 cianobaktérium növekedésére és oxidatív stressz-enzimeinek aktivitására Bácsi István

1, Nagy Sándor Alex

1, Dévai György

1, Grigorszky István

1, Török Tamás

2, Vasas Gábor

2 'Debreceni Egyetem TEK-TTK Hidrobiológiái Tanszék, 4032 Debrecen, Egyetem tér 1. 2Debreceni Egyetem TEK-TTK Növénytani Tanszék, 4032 Debrecen, Egyetem tér 1. Kivonat: A legújabb vizsgálatok kimutatták, hogy a talajvízmozgások következtében a korábbi ipari tevékenység eredményeként a talajban, talajvízben felhalmozódott kismolekulájú klórozott szénhidrogének felszíni vizekben való megjelenésének kockázata megnőtt. Munkánk során három kismolekulájú klórozott szénhidrogén (triklóretilén, tetraklóretilén és tetraklóretán) hatását vizsgáltuk a Synechococcus elongatus (Synechococcus sp. PCC 6301) cianobaktérium növekedésére és élettani folyamataira. Az eredmények azt mutatják, hogy a kontroll tenyészethez képest mindhárom klórozott szénhidrogén növekedésgátlást okoz, már a kezelés indításától számított 2-4 órán belül. A kezelés hatással volt a cianobaktérium oxidatív stressz-enzimeinek aktivitására: a peroxidáz, a szuperoxiddizmutáz enzimek aktivitása nőtt a kezelt tenyészetekben, valamint megnőtt a TBA-reaktív anyagcseretermékek mennyisége, ami a lipid peroxidáció fokozódására utal. Eredményeink azt mutatják, hogy a klórozott szénhidrogének hatása a vízi ökoszisztémákban a magasabbrendű vízi élőlényekre gyakorolt károsító hatásokon túlmenően a vízi ökológiai rendszerek trofikus kapcsolatrendszerének legalsó szintjét képviselő fotoszintetizáló szervezetekre is jelentős. Kulcsszavak: Klórozott szénhidrogének, Synechococcus, oxidatív stressz Bevezetés Napjainkban több esetben mutattak ki nagyobb mértékű klórozott szénhidrogén szennyezést a talajban, talajvízben az ipari hulladékká vált kismolekulájú klórozott szénhidrogének nem megfelelő tárolása következtében. A legújabb vizsgálatok szerint a talajvízmozgások eredményeként a szennyezőanyagok (elsősorban tetraklóretán, tetraklóretilén, illetve triklóretilén) felszíni vizekben való megjelenésének kockázata megnőtt. A tetraklóretán, a tetraklóretilén és a triklóretilén magasabbrendű gerincesekre gyakorolt élettani hatásai jól ismertek. Fizikai és kémiai tulajdonságai következtében (kis molekulatömeg, illékonyság, nagymértékű lipofilitás) mindhárom klórozott szénhidrogén gyorsan abszorbeálódik, miután kontaktusba kerül az élő szervezetekkel. Mind nukleáris, mind mikroszómális citokróm P-450 részt vesz e vegyületek metabolizmusában, a molekulák toxicitásában kulcsszerepet játszanak a folyamat során keletkező reaktív termékek (Costa és Ivanetich 1980; Bogen és mtsai. 1988). A tetraklóretán esetében mind a reduktív, mind az oxidatív metabolikus folyamatok során reaktív származékok és savas klorid köztitermékek keletkeznek (Halpert és Neal 1981; Yllner 1971 A felszíni vizekbe kerülő klórozott szénhidrogének sorsa sokkal kevésbé ismert. Vízoldhatóságuk egymástól jelentősen eltér, általánosságban csekélynek mondható. A víznél nagyobb sűrűségük miatt azonban nem mozgó víztérben a vízfenékre süllyednek, ahonnan folyamatosan a víztestbe kerülve károsíthatják a vízi szervezeteket (Leighton és Calo 1981; Thomas 1990). A tetraklóretán vízben természetes pH-n bázis katalizált hidrolízisen megy keresztül, melynek során triklóretilén keletkezik (Cervini-Silva 2003; Cooper és mtsai. 1987; Haag és Mill 1988). A tetraklóretilén a vízfenékre süllyedve ott változatlan formában hosszabb ideig jelen lehet, mivel a vizsgálatok azt mutatják, hogy természetes körülmények között hidrolízise nem megy végbe (csak magas hőmérsékleten és pH-n - Bouwer és McCarty 1982; Bouwer és mtsai. 1981; Chodola és mtsai. 1989; Jeffers és mtsai. 1989; Roberts és mtsai. 1986). Természetes vizekben a tetraklóretilén átalakulásának legvalószínűbb módja a biodegradáció (CRIS 1994). A triklóretilén degradációjának legjelentősebb módja a reduktív dehalogénezés mikroorganizmusok által (Diliing és mtsai. 1975; Pearson és McConnell 1975). A klórozott szénhidrogének magasabb rendű gerincesekre gyakorolt hatásai - a májkárosító hatás, bizonyos halogénezett alkánok mutagén hatása, egyes állatkísérletekben kimutatott karcinogén hatás - jól ismertek az irodalomban. Az állatkísérletek és a szövettenyészeteken, sejtszuszpenzióban végzett kísérletek során kimutatták, hogy a klórozott szénhidrogének több enzim működésére befolyással vannak. A kezelések során az oxidatív foszforilációban (Ogata és Hasegawa, 1981), a mitokondriális elektrontranszportban (Takano és Miyazaki, 1982) következtek be változások. Fokozott lipidperoxidációt mutattak ki patkányvesében és májban (Gavino és mtsai. 1983, Sano és Tappel 1990), valamint citotoxikus hatásokat szintén májsejtekben (Dahlstromking és mtsai. 1990). Enzimológiai változásokat más sejtekben is kimutattak, pl. az acetilkolinészteráz aktivitásának változását humán eritrocitákban (Korpela és Tachti, 1986). Feltételezhető, hogy a klórozott szénhidrogéneknek vízi gerincesekre kifejtett károsító hatásai a szárazföldi gerinceseknél megfigyelhető tünetekkel összevethetőek, arról azonban, hogy a vízben élő mikroorganizmusok milyen károsodást szenvedhetnek, kevesebb az információ. A mikroorganizmusokra vonatkozóan citotoxikus hatást mutattak ki élesztőben (Callen és mtsai. 1980), kromoszóma maiszegregáció volt tapasztalható Aspergillus nidulansban (Crebelli és mtsai. 1988), illetve mutagén hatást tapasztaltak Salmonellaban (Mersch-Sundermann 1989). A klórozott szénhidrogének fotoszintetizáló szervezetekre gyakorolt hatásairól szintén kevés ismeret áll rendelkezésünkre, bár a klórozott alifás szénhidrogének fitotoxikus voltát kimutatták nyár hibridekre vonatkozóan (Dietz és Schnoor, 2001). Mindezen tények ismeretében indokoltnak tartottuk, hogy a vízi ökológiai rendszerek trofikus kapcsolat-rendszerének legalsó szintjét képviselő fotoszintetizáló prokarióta organizmus, a Synechococcus elongatus (Synechococcus sp. PCC 6301) cianobaktérium esetében megvizsgáljuk az említett halogénezett szénhidrogének fiziológiai hatásait. Anyag és módszer A Synechococcus tenyészetek nevelése és növekedésük nyomon követése: A tenyészeteket 300 ml-es Erlenmeyer lombikokban (250 ml tenyészet/lombik), 5% C0

2 tertalmú steril levegővel való buborékoltatással, 39°C-on, állandó fényintenzitáson (80 nmol x m

2 x s"

1) neveltük. A kezeléseket minden esetben 250 |il klórozott szénhidrogénnel végeztük, a nevelés 20. órájában adtuk a tesztelni kívánt vegyületet a tenyészetekhez. A kontroll illetve a kezelt tenyészetek növekedését a 800 nm-en mért fényabszorpció és a klorofill-a tartalom mérésével, valamint a sejtszám meghatározásával követtük nyomon. A tenyészetek optikai denzitását 2 óránként mértük. A klorofill-tartalom meghatározásához 2 óránként 200 |il mintát vettünk, a klorofill-a tartalmat 663 nm-en 80%-os acetonban mért fényabszorpció alapján határoztuk meg (Bendall és mtsai. 1988). A spektrofotometriás mérésekhez Spektroquant Pharo 300 spektrofotométert használtunk. A sejtszámlálást Assistant Bürker kamrában végeztük. Enzimológiai vizsgálatok: Az enzimológiai vizsgálatok során meghatároztuk a peroxidáz és a szuperoxid diszmutáz enzimek aktivitását a különböző tenyészetekben. A tenyésztés 20., 24., 28. és 32. órájában (a kezelés 0., 4., 8. és 12. órája) 5 ml mintát vettünk. A mintákat centrifugáltuk (6000xg, 10 perc, Beckman Avanti J-25), a felülúszó eltávolítása után a sejtek