Znanstvenici istražuju toksične cijanobakterije
Znanstvenici IRB-a iz Zavoda za istraživanje mora i okoliša predvođeni dr. sc. Tvrtkom Smitalom, u suradnji sa švicarskim kolegama s ETH-u Zürichu te kolegama s Prirodoslovno-matematičkog fakulteta Sveučilišta u Novom Sadu, tijekom sljedeće tri godine, u sklopu SCOPES projekta, istraživat će rizike i posljedice koje po okoliš i ljudsko zdravlje predstavlja posebna skupina otrovnih spojeva, tzv. cijanotoksina koje ispuštaju cijanobakterije (modrozelene alge).
Cilj znanstvenika je razviti nove metode za otkrivanje ovih opasnih spojeva i identificirati do sada nepoznate cijanotoksine, ali i istražiti njihovu potencijalnu korisnu primjenu u biomedicini u području antitumorskih, antiviralnih, antibiotskih ili antifungalnih terapija.
Riječ je o projektu u sklopu SCOPES programa suradnje Švicarske konfederacije sa zemljama istočne Europe kojeg financira Švicarska zaklada za znanost (SNSF) u ukupnom iznosu od 1,23 milijuna kuna.
Toksini iz cijanobakterija ozbiljna su prijetnja ljudskom zdravlju
Svima je dobro poznata pojava cvjetanja slatkih voda ili mora. Za takvu pojavu velikim dijelom odgovorne su cijanobakterije, često poznate i kao modrozelene alge. Najveći broj vrsta živi u slatkim vodama, a samo manji broj vrsta cijanobakterija živi u moru. Zahvaljujući njihovoj sposobnosti aerobne i anaerobne fotosinteze, na pogodnim staništima u stanju su se vrlo brzo razmnožavati. Do pojave cvjetanja voda ili mora dolazi uslijed povećanog rasta ovih organizama zbog promjene u njihovom prirodnom okruženju, kao što su povećanje temperature mora, saliniteta ili zagađenja, a noviji podaci jasno ukazuju i da globalno zatopljenje vrlo vjerojatno doprinosi intenzivnijem rastu cijanobakterija i posljedičnim pojavama cvjetanja.
Učinci na ljudsko zdravlje
Specifični toksini koje proizvode slatkovodne i morske cijanobakterije (poznate i kao modrozelene alge) odgovorni su za niz ljudskih bolesti. Procjenjuje se da su na svjetskoj razini ovi toksini odgovorni za više od 60.000 incidenata trovanja godišnje, s tendencijom daljnjeg porasta i aktualnom stopom smrtnosti od 1,5%.
Nažalost, pored brojnih jedinstvenih obilježja mnoge cijanobakterije imaju sposobnost sinteze vrlo toksičnih spojeva (sekundarnih metabolita), tzv. cijanotoksina. Najznačajniji među njima vrlo su potentni hepatotoksini (oštećuju jetru) ili neurotoksini (oštećuju živčani sustav). Tijekom perioda intenzivnog rasta cijanobakterije troše puno kisika, a kada ga nestane dolazi do njihova intenzivnog odumiranja i posljedičnog otpuštanja cijanotoksina u vodu, što može dovesti do trovanja i pomora lokalnog živog svijeta (biljaka, beskralješnjaka, riba i drugih životinja) koje žive u vodi, ili piju zatrovanu vodu. Jednako tako u opasnosti su i ljudi koji se hrane ribama koje su prethodno bile izložene djelovanju cijanotoksina, te kupači u vodama tijekom intenzivnog cvjetanja.
U novije vrijeme zabilježena je i sve veća prisutnost cijanotoksina u rezervoarima pitke vode, što predstavlja prvorazrednu opasnost za ljudsko zdravlje. Štoviše, epidemiološke studije ukazuju na povećanu učestalost primarnih tumora jetre u područjima u kojima su vodeni rezervoari (npr. akumulacijska jezera) sa zabilježenim cvjetanjem cijanobakterija korišteni kao izvori pitke vode. Prema tome, cijanobakterijski toksini danas predstavljaju ozbiljan ekološki i javnozdravstveni problem od međunarodnog značaja.
Komercijalni potencijal projekta
Iako se prije svega radi o istraživačkom projektu, mogući komercijalni aspekt projekta je dvojak. Naime, jedan cilj interdisciplinarnog tima znanstvenika je razviti nove tehnike i protokole za učinkovitu identifikaciju opasnih cijanotoksina u kompleksnim uzorcima iz okoliša, a takve metode potom mogu imati vrlo jasnu komercijalnu primjenu.
Drugi jednako važan cilj istraživanja je otkriti nove biološki aktivne spojeve iz cijanotoksina koji mogu biti od biomedicinskog interesa u smislu potencijalne primjene u antitumorskim, antiviralnim, antibiotskim ili antifungalnim terapijama.
''Nedavna istraživanja jasno su pokazala postojanje brojnih drugih kategorija cijanotoksina o čijem se kemijskom identitetu i mehanizmima toksičnosti zna vrlo malo. Ključno znanje koje u ovom trenutku nedostaje u ovom području su saznanja o interakciji cijanotoksina s temeljnim staničnim detoksikacijskim mehanizmima koji kritično utječu na ulaz, metaboliziranje i ekskreciju, a time i na (eko)toksikološki potencijal cijantoksina, jer su cijanobakterije sve više prepoznate kao važan izvor novih biološki aktivnih spojeva od biomedicinskog interesa. Pored toga, vjerujem da će saznanja o mehanizmu djelovanja cijantoksina na molekularnoj i staničnoj razini, doprinijeti boljem razumijevanju mogućih rizika i posljedica izloženosti ovim široko rasprostranjenim spojevima.'' – objašnjava dr. Smital.
Ekološki problem
Osim negativnih učinaka na ljudsko zdravlje, cijanotoksini iz modrozelenih algi odgovorni su za pomor riba i školjkaša, a mogu uzrokovati i uginuća morskih sisavaca, ptica i drugih životinja. Stoga cijanotoksini danas predstavljaju prvorazredan ekološki i javnozdravstveni problem od međunarodnog značaja.
Karakterizaciju mehanizama toksičnosti cijanotoksina radit ćemo na dobro poznatim modelnim organizmima – ribi vrste zebrica (Danio rerio) i slatkovodnom račiću vrste vodenbuha (Daphnia magna), a pri tome ćemo koristiti i napredne metode stanične kulture, odnosno molekularne i stanične biologije.
Usavršavanje mladih znanstvenika
Ruđerov tim čine sedam znanstvenika, ekotoksikologa i okolišnih kemičara iz dva laboratorija Zavoda za istraživanje mora i okoliša, od čega su 5 suradnika mladi znanstvenici (doktoranti i postdoktoranti), a ovaj projekt omogućit će ovim mladim znanstvenicima neophodno stručno usavršavanje.
U okviru detaljno definiranog trogodišnjeg projektnog plana IRB tim će biti zadužen za pripremu i napredno izdvajanje cijanotoksina iz odabranih cijanobakterijskih sojeva; ekotoksikološku karakterizaciju uzoraka serijom 'in vitro' testova usmjerenih razumijevanju interakcije cijanotoksina s temeljnim staničnim detoksikacijskim sustavima, te u konačnici identifikaciju cijanotoksina u uzorcima koji su pokazali visoku biološku aktivnost.