Hidrológiai Közlöny 2011 (91. évfolyam)

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

40 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2011. 91. ÉVF. 6. SZ. Eredmények és megbeszélésük A környezeti planktonminták vizsgálata során a cianotoxi­nok bioszintézisét meghatározó gének detektálása és a kifejező­dést befolyásoló tényezők (belső és külső környezeti faktorok) kimutatása fontos a cianotoxin-termelés mechanizmusának megértésében, de a monitorozásban, a toxikus vízvirágzás elő­zetes kimutatásában is. A különböző vizes élőhelyekről begyűj­tött környezeti mintákban vizsgáltuk a mcy gének jelenlétét. Kísérleteink olyan kiválasztott mcy gének detektálására irá­nyultak, amelyek kulcsfontosságú szerepet töltenek be a mikro­cisztin bioszintézisében. Ezek a gének a mcy A, mcyB, mcyCJ, mcyE, mcyEG, mcyHA, mcyT és mcyTD, lokalizációjuk az 1. ábrán látható. T mcyO mcyE mcyO mcy 11 mcyA mcyB mcyCJ 1. ábra. A vizsgált mcy-gének lokalizációja a Planktothrix mcy­klaszterben. A PCR vizsgálatokat a környezeti minták felhasználásával végeztük, melyek gyűjtési helyeit és fajneveit az 1. táblázat szemlélteti. A mikrocisztintermelő szervezetek toxin-szintézi­sének feltétele, hogy a mcy klaszter megfelelő elemei jelen le­gyenek a genomban. Ha a klaszter egyes génjei mutálódnak il­letve inaktívvá válnak, a bioszintézis leállhat vagy a toxinter­melés mértéke lecsökken. Ez a jelenség az általunk vizsgált tö­megprodukciók esetén is megfigyelhető. A Planktothrix rubes­cens és a várpalotai Planktothrix agardhii törzsek toxintermelő szervezetek, a mcy génklaszter hiánytalan. A többi minta ese­tén nem figyelhettünk meg toxintermelést, illetve a klaszter e­gyes génjeinek hiányát tapasztaltuk. A Hősök-tavából (Gyula) izolált P. agardhii esetében mcyCJ hiányról beszélhetünk, a­mely esetében kondenzációs, adenilációs, tiolizációs, tioészter­áz és O-metiltranszferáz domének tűnnek el a peptid-szintetáz rendszerből. A mcyJ gén modifikáló és vágó funkciókat kódol a mikrocisztin bioszintézisben. A gén hiányában nem történik meg a metilcsoportok átvitele az Adda oldalláncára, illetve a deléció ismeretlen mikrocisztinek képződéséhez vezet. A haj­dúhadházi mintákban az előbb ismertett mcyCJ génen kívül a mcyE és a mcyHA gének is hiányoznak. McyE hiány ketoacil­szintáz, aciltranszferáz, acil-szállító fehérje, aminotranszferáz, kondenzációs, adenilációs, tiolizációs funkciók elvesztésével jár. Az aminotranszferáz dómén nagyon hasonló a glutamát szemialdehid aminotranszferáz doménhez, amely a mikroginin génklaszter eleme, és az aminocsoport Adda oldalláncra való átvitelben vesz részt. A mcyH legfőbb szerepe a mikrocisztin aktív transzportja. A mcyA sajátossága a klaszteren belül az e­pimerizációs funkció, amit csak ez a gén tartalmaz, megléte es­szenciálisnak tekinthető a mikrocisztin szintézis szempontjá­ból. McyA deléciója során leáll a D-aminosav szintézis. A Kis­Balatonból származó törzsek mcy génklaszteréből a mcyA, mcyB, mcyCJ, mcyE, mcyEG, mcyHA, mcyTD elemek hiányát fedeztük fel. A mcyB nagy GC tartalmú gén nem tartalmaz az A, C, T doméneken kívül mást, viszont nagy átfedést mutat a mcyA génnel. Feltételezhető, hogy a mcyB kiesése a mcyA mű­ködésében zavart okozhat. A mcyG tiolizációs és adenilációs doméneken kívül ketoacil-szintáz, acil-transzferáz, ketoreduk­táz, és ACP doméneket tartalmaz, mutáció esetén ezek sérül­nek. A mcyD a klaszter legnagyobb génje. Csak PKS doméne­ket kódol, ezért hiánya során gátlódik a PKS és ebből kifolyó­lag a toxintermelés is. Feltűnő, hogy a nagy GC tartalmú mcyT minden gélen megjelent. Pontos funkciója még ismeretlen, vi­szont mivel ez a gén a mcy génklaszter kezdő szekvenciája, va­lószínűleg az átírásban lehet szerepe. Az eredményeink alapján a mcyT jó marker lehet Planktothrix fajok jelenlétének igazolá­sára. Látható tehát, hogy akár egyetlen gén kiesése az adott toxin termeléséért felelős klaszterből mennyire befolyásolhatja a bio­szintetikus folyamatokat. Mivel a toxin termelésében résztvevő domének szoros kapcsolatban állnak egymással, egy funkcio­nális fehérjerész inaktivitása negatív hatással lehet a többi mű­ködésére. Ez a jelenség nem egyedi a Planktothrix genusra néz­ve, a cianobaktériumokra általánosan jellemző. Egy cianobak­tériumfaj különböző populációi eltérő mértékben lehetnek to­xintermelők, illetve az is előfordulhat, hogy egy, ugyanazon fajba tartozó populáció egyáltalán nem termel toxint. Egy na­gyobb toxicitású szervezet, még ha a nagyszámú, toxint nem termelő alfajok között kis számban is van jelen, okozhat jelen­tős mértékű toxikus vízvirágzást (Dittman és mtsai. 1997). Ez azt jelenti, hogy azok a minták, amelyek a toxintesztek során nem minősültek toxintermelőnek, igenis tartalmazhatnak toxin­termelő egyedeket. A cianobakteriális tömegprodukciók termé­szetesen vegyes genetikai állományú egyedekkel rendelkeznek, munkánk során az érdekelt minket, hogy egy ilyen vízvirágzás összességében mennyire toxintermelő, mennyire toxikus. 1. táblázat.. Detektált mcy-gének Planktothrix vízvirágzás mintákban. mcyA mcyB mcyCJ mcyE mcyEG mcyHA mcyT mcyTD MCY Szirmabesenyő, Kocka-tó + + + + + + + + Mcy­RR Várpalota, Bivalyos-tó + + + + + + + + Mcy­RR Gyula, Hősök-tava + + ­+ + + + + n.d. Hajdúhadház, Sipos-tó + + ­+ ­+ + n.d. Kis-Balaton, 4T + ­n.d. A vizsgálatunk tárgyát képező Planktothrix fajok az Északi­félgömb édesvizeiben általánosan előforduló szervezeteknek tekinthetők, Európában és Észak-Amerikában egyaránt idézhet­nek elő vízvirágzást. Munkánk során, a hazai vízterekből két Planktothrix fajt, a Planktothrix agardhii-t és a Planktothrix rubescens-t sikerült azonosítani. A Planktothrix agardhii a mé­rsékelt övi eutrofikus vizek kedvelője, Magyarországon épp ol­yan általános a megjelenése, mint Európa más területein. Ha­zánk vizei kitűnően biztosítják a nyári-nyár eleji vízvirágzás­hoz szükséges környezeti faktorokat, ugyanakkor toxintermelé­se nem általánosítható. A vizsgált mintáink között találtunk e­rősen toxikus állományt (várpalotai minta) és kevéssé toxikus megjelenési formát. A Planktothrix rubescens magyarországi megjelenése azon­ban figyelemreméltó, tekintve, hogy nem vagyunk alpesi or­szág, valódi rétegzett mély tavaink száma csekély. A vízvirág­zások túlnyomó részét Magyarországon a prokarióta cianobak­tériumok idézik elő elsősorban a nyári időszakban, intenzív zöldes, kékes, sárgás színnel. A 7-8 méteres mélységű Kocka­tó felszínén megfigyelt novemberi vízvirágzás azonban szokat­lan, vörös színű volt. Laboratóriumi vizsgálatok kimutatták, hogy a jelenséget P. rubescens okozta (Vasas és mtsai. 2009). A vörös színű cianobaktérium észak-magyarországi megjelené­se azért szokatlan, mert a fajt eredetileg hidegvizi sztenoterm szervezetként tartják számon, amely Közép-Európa és Dél-Eu­rópa subalpin, alacsony hegyvidéki, mély tavaiban terjedt el. A Planktothrix szervezetek által előidézett vízvirágzásokból gyűjtött minták közül a Szirmabesenyői P. rubescens és a vár­palotai Bivalyos-tóból gyűjtött minta volt erősen toxikus. A mintákból a mikrocisztin-RR, ciklikus peptidet sikerült kimu­tatnunk. Megvizsgáltuk a toxintermelésért felelős PKS/PS gén­klaszter elemeit és az említett két toxikus vízvirágzás esetében a mcy génklaszter leírt összes elemének jelenlétét igazoltuk. A mikrocisztint nem tartalmazó vízvirágzások esetében a klaszter néhány elemének jelenlétét igazoltuk. A mikrocisztin szinté­zist irányító génklaszter (MCY operon) néhány elemének je­lenléte még nem igazolja a toxintermelést, a klaszter minden e­lemére tervezett primer jelenléte valószínűsíti a toxintermelést. A mikrocisztin szintézist irányító génklaszter (MCY operon) MCY-T elemére tervezett primer segítségével igazolhatjuk a Planktothrix sp. jelenlétét a vízmintában.

Next

/
Oldalképek
Tartalom