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„Zur Belastung von Gewässern mit Toxinen cyanobakteriellen Ursprungs“Arbeitsgruppe des Autors

Susann Hiller und Bernd Luckas

Cyanobakterien sind Prokaryoten, die unter Nutzung von Lichtenergie und Chlorophyll-a anorganische in organische Verbindungen umwandeln. Sie besitzen das Pigment Phycocyanin, so dass Cyanobakterien auch als Blaualgen (blue-greens) bezeichnet werden. Besonders gut wachsen diese Algen in einem ruhigen Wassersystem, vor allem in Binnenseen und im Brackwasser, bei erhöhten Wassertemperaturen und bei hohen Nährstoffgehalten, insbesondere von Stickstoff und Phosphor. Unter diesen Bedingungen kann es zur Bildung von Algenteppichen kommen, welche mit einer Verfärbung der Gewässeroberfläche und der Bildung von "off-flavor"-Gerüchen, hervorgerufen durch Abbauprodukte des Fettsäure- und Aminosäurestoffwechsels, einhergehen. Das gravierendste Problem stellt allerdings die Bildung von Substanzen mit stark toxischer Wirkung gegenüber Menschen und Tieren dar, denn cyanobakterielle Toxine können über das Trinkwasser, aber auch über Produkte von Aquakulturen wie Muscheln, Krebse und Fische aufgenommen werden, wobei es zu schweren Erkrankungen kommen kann.

Cyanobakterielle Toxine

Die wichtigsten Vertreter der cyanobakteriellen Toxine sind die Hepatotoxine, unter denen die Microcystine, gebildet von Microcystis spp., Aphanizomenon spp., Anabaena spp., Planktothrix spp. und Nostoc spp., neben Nodularin, gebildet von Nodularia spumigena, dominieren. Daneben existieren Neurotoxine, z. B. die Anatoxine und Paralytic Shellfish Poisoning (PSP) - Toxine, synthetisiert von Anabaena spp. bzw. Aphanizomenon spp., Cylindrospermopsis spp. und Planktothrix spp.. Außerdem können Cytotoxine wie Cylindrospermopsin, welches durch Cylindrospermopsis raciborskii, Aphanizomenon ovalisporum, Umezakia natans oder Raphidiopsis curvata gebildet wird, vorkommen.

Abbildung 1: Ausgewählte Cyanobakterienvertreter
Verbreitung der Cyanobakterien

Die meisten Cyanobakterien haben ihr Verbreitungsgebiet in tropischen und subtropischen Gebieten, jedoch häuften sich in den letzten Jahrzehnten Berichte über das Auftreten cyanobakterieller Algenblüten auch in der gemäßigten Klimazone. Als Ursachen hierfür kommen sowohl klimatische Faktoren wie das "global warming" als auch die bereits beschriebenen günstigeren Wachstumsbedingungen in bestimmten Gewässern in Betracht. Anhand des Heiligensees in Berlin konnte bereits zwischen 1975 und 1992 gezeigt werden, dass mehrere aufeinander folgende milde Winter (1988-1992) eine signifikante Erhöhung der Wassertemperatur und eine daraus resultierende Zunahme an Phytoplanktonmasse mit Verlagerung der Phytoplanktonspezies in Richtung Cyanobakterien bewirkten.

Vergiftungsfälle

Über Intoxikationen des Menschen durch cyanobakterielle Toxine wurde bereits in Großbritannien, USA, Brasilien und Australien berichtet. In Deutschland sind allerdings noch keine Vergiftungsfälle des Menschen durch kontaminiertes Trinkwasser oder kontaminierte Muscheln, Krebse oder Fische, welche befähigt sind, die Algentoxine zu akkumulieren, aufgetreten. Allerdings wurde über Vergiftungen von Tieren infolge einer massiven Blüte von Blaualgen der Ostsee berichtet. So verendeten im Juli 1963 in einer Wassergeflügelfarm auf Rügen 400 Enten, was auf eine Nodularia spumigena - Blüte zurückgeführt werden konnte. Eine weitere Nodularia - Blüte wurde im August 1974 in der Ostsee beobachtet, deren Toxizität durch den Mouse-Bioassay bestätigt werden konnte. Im Vergleich zum Jahr 1963 zeichnete sich diese Nodularia spumigena - Blüte 1974 jedoch durch eine anders geprägte Begleitflora aus. Im August 1985 erfolgte erneut ein Nodularia - Massenwachstum bei Stralsund, verbunden mit Todesfällen in einer Rinderherde.

Blaualgenblüten in deutschen Binnengewässern

Auch in deutschen Binnenseen wurde in den letzten Jahren vermehrt das Auftreten toxischer Cyanobakterien beobachtet. Im Rahmen eines Monitoringprogramms in den Jahren 1992/1993 wurden in 9 von 12 untersuchten Gewässern die Anwesenheit von Microcystinen festgestellt.
Daraufhin wurde zwischen 1995 und 1997 ein weitreichendes Screening unter der Leitung des BMBF durchgeführt, in dem über 120 Binnengewässer auf cyanobakterielle Toxine, insbesondere auf Microcystine, Anatoxin-a und PSP-Toxine, hin untersucht wurden. Im Phytoplankton dominierten während des gesamten Untersuchungszeitraums die Cyanobakterien Planktothrix spp., Microcystis spp., Anabaena spp. und Aphanizomenon spp., welche potentielle Toxinbildner darstellen. Microcystine wurden in 52% aller untersuchten Seen und Talsperren detektiert, während die Neurotoxine Anatoxin-a und PSP-Toxine in 26% bzw. 34% der analysierten Gewässer anwesend waren. In einem Viertel der untersuchten 80 Seen konnte Anatoxin-a nachgewiesen werden, jedoch nur von Mai bis November, und zwar gekoppelt an eine vermehrte Bildung von Phytoplankton. 1995 wurde das Vorkommen von Cylindrospermopsis raciborskii, eigentlich eine wärmeliebende Blaualge tropischer Regionen, auch im Gebiet Spree - Dahme bestätigt. Daraufhin wurden 22 Seen im Raum Mecklenburg-Vorpommern und Brandenburg hinsichtlich des von dieser Alge gebildeten Cylindrospermopsins untersucht, wobei dieses Toxin erstmalig in Europa detektiert werden konnte. Ein zweiter Nachweis von Cylindrospermopsin im Gebiet Brandenburg und Mecklenburg-Vorpommern erfolgte in den Jahren 1999 und 2000, wobei lediglich Cylindrospermopsis raciborskii als Toxinproduzent identifiziert wurde. Neuere Untersuchungen in Baden-Württemberg, die zwischen Mai und September 1999 stattfanden und deren Gegenstand 80 Gewässer in Form von Kiesgruben, Talsperren und natürlichen Seen waren, bestätigten die Relevanz des Problems von Cyanotoxinen in Oberflächengewässern. In einem Viertel der Proben konnten potentielle Cyanotoxin-Bildner identifiziert werden, wobei diese besonders in den Sommermonaten dominierten. Die hierbei gemessenen Microcystin-Gehalte bewegten sich im Bereich von 11 bis 560 µg / Liter Wasser.

Cyanobakterien in Badegewässern

Oberflächenwasser ist nicht nur die Grundlage für Trinkwasser, sondern es stellt auch als Brauchwasser in der Industrie sowie der Landwirtschaft und insbesondere als Badegewässer eine Expositionsquelle für den Menschen dar, aus dem die Toxine oral oder cutan aufgenommen werden können. Besonders während der Badesaison ist zu beachten, dass nicht nur das Schlucken sondern auch die Inhalation und der direkte Hautkontakt zu Symptomen wie Haut- und Schleimhautreizungen, Bindehautentzündungen, Ohrenschmerzen, aber auch zu Gastroenteriden, Atemwegserkrankungen, allergischen Reaktionen und Leberveränderungen führen können.
In den Monaten Juni bis August 2005 warnte das Umweltministerium vor Blaualgen beim Baden in ausgewählten Seen in Baden-Württemberg und Brandenburg. Im Rahmen der Analysen einer Wasser- und einer Microcystis aeruginosa - Probe, die im September 2005 dem Senftenberger See in Sachsen entnommen wurden, konnten Microcystingehalte in Höhe von 2500 µg / g Biomasse und 2200 µg / Liter Wasser detektiert werden. Auch ergaben systematisch durchgeführte Messungen des Vorkommens von Cyanobakterien in Badegewässern Sachsens, dass im Untersuchungszeitraum 2007/2008 in 13 von 19 Brackgewässern cyanobakterielle Toxine nachweisbar waren.

Grenzwerte für Cyanotoxine

Regelungen für Höchstwerte an cyanobakteriellen Toxinen in Wasser bestehen für Trinkwasser und Badegewässer. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) legte 1998 einen Grenzwert von 1 µg Microcystin-LR / Liter Trinkwasser fest. Das Umweltbundesamt gab 2003 eine Empfehlung zum Schutz von Badenden vor Cyanobakterien-Toxinen, in der die Microcystin-Konzentrationen unter 100 µg / Liter Wasser liegen sollten, um Sicherheit vor der Gefahr einer akuten Vergiftung beim Baden zu gewährleisten, jedoch sollten bereits bei Gehalten von 10-100 µg Microcystine / Liter Wasser Warnhinweise an die Bevölkerung gegeben und evtl. Badeverbote ausgesprochen werden.


Zahlreiche Untersuchungen von Binnengewässern hinsichtlich einer Belastung mit Cyanobakterien und der von ihnen gebildeten Toxine, die weltweit - darunter auch in der Bundesrepublik Deutschland - durchgeführt wurden, ergaben, dass viele Oberflächengewässer, insbesondere in den Sommermonaten, von Blaualgenblüten betroffen sind. Häufig können im Phytoplankton cyanobakterielle Toxine - meist Microcystine, seltener Anatoxin-a, PSP-Toxine und Cylindrospermopsin - nachgewiesen werden, so dass vor Nutzung von Wasserreservoiren als Trink- oder Badewasser auch eine Abschätzung der durch diese Toxine möglichen gesundheitlichen Gefährdung erfolgen muss.


Kontakt:
  • Susann Hiller
    Friedrich-Schiller-Universität Jena
    Institut für Ernährungswissenschaften
    Lehrstuhl Lebensmittelchemie
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