Nieuwe Studie Ontdekt Cyanobacteriën als Oorzaak van Toxine in het Eriesmeer

Satelietbeeld van het Eriemeer. In de warme zomerse wateren van het Eriemeer kunnen cyanobacteriën, ook wel bekend als blauwgroene algen, zich ongecontroleerd vermenigvuldigen. Dit leidt tot algengroei die toxines produceert die schadelijk kunnen zijn voor dieren in het wild en de menselijke gezondheid.

Onderzoekers van de Universiteit van Michigan hebben nu de organismen geïdentificeerd die verantwoordelijk zijn voor de productie van deze toxines: een soort cyanobacteriën genaamd Dolichospermum. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Environmental Science & Technology.

Schadelijke algengroei, of HAB’s, kunnen bestaan uit verschillende soorten cyanobacteriën, die verschillende soorten toxines kunnen produceren. Weten welke cyanobacteriën welke toxines produceren, helpt wetenschappers bij het volgen en reageren op schadelijke algengroei.

Een algengroei in 2014 produceerde een toxine genaamd microcystine, die de drinkwatervoorziening van Toledo bedreigde. In 2007 detecteerden wetenschappers voor het eerst bewijs van een krachtige toxine genaamd saxitoxine in het Eriemeer, maar ze wisten niet zeker welk organisme het produceerde. Saxitoxinen, een groep nauw verwante neurotoxinen, behoren tot de meest krachtige natuurlijke toxines die bekend zijn.

“Het belangrijkste voordeel van weten welk organisme de toxine produceert, is dat het ons helpt de omstandigheden te begrijpen die de productie van toxines veroorzaken, dat wil zeggen, welke omstandigheden deze organismen succesvol maken,” zei Gregory Dick, professor in de aarde- en milieuwetenschappen en milieu en duurzaamheid. “Zulke informatie kan helpen bij het sturen van beleid en management, hoewel we in dit geval nog een lange weg te gaan hebben.”

Om de cyanobacteriën te identificeren, namen de onderzoekers van de U-M monsters van HAB’s terwijl ze zich in het meer voordeden. Vervolgens gebruikte eerst auteur Paul Den Uyl een methode die “shotgun” sequencing wordt genoemd. Deze methode sequentieert al het DNA in een bepaald monster van het meerwater. Den Uyl gebruikte deze DNA-sequenties om een volledige genoomsequentie samen te stellen en zocht binnen die sequentie naar genen die de toxine saxitoxine coderen.

De onderzoekers ontdekten dat er verschillende stammen van Dolichospermum in het meer aanwezig waren, maar slechts enkele daarvan produceren saxitoxine. Hoewel ze niet zeker weten waarom sommige de toxine produceren en anderen niet, probeerden de onderzoekers de milieufactoren te ontcijferen die de productie van saxitoxine bevorderen.

Om dit te doen, namen ze monsters van verschillende locaties in het meer gedurende elk seizoen en kwantificeerden ze hoeveel van het gen dat geassocieerd is met saxitoxine aanwezig was in elk monster. De onderzoekers ontdekten dat ze meer van het gen vonden in warm water.

“Dat is interessant omdat we weten dat de meren veranderen door klimaatverandering,” zei Den Uyl, een wetenschapper van het CIGLR van de U-M. “Met de opwarming van de meren is een van de grote vragen: hoe zal dat de biologische gemeenschappen veranderen, inclusief schadelijke cyanobacteriële bloei?”

De onderzoekers ontdekten ook dat het gen dat geassocieerd is met de productie van saxitoxine minder waarschijnlijk aanwezig was in gebieden met hogere concentraties ammonium. Ze denken dat dit kan komen omdat Dolichospermum een ongebruikelijke aanpassing heeft: het heeft een gen dat suggereert dat het stikstof kan gebruiken in de vorm van dinitrogeen, wat overvloedig aanwezig is in de atmosfeer—iets wat niet veel organismen kunnen doen, volgens Dick.

“Een van de interessante dingen van het hebben van het hele genoom is dat je alles kunt zien wat het organisme kan doen, althans theoretisch,” zei Dick, die ook directeur is van CIGLR. “Je hebt het hele blauwdruk voor wat het organisme kan doen, en we zien de mogelijkheid om vaste stikstof uit het water te verkrijgen. Het verkrijgen van stikstof in de vorm van dinitrogas is een soort superkracht. Niet veel organismen kunnen dat, en het maakt ze competitiever onder die omstandigheden.”

De onderzoekers zeggen dat ze al negen jaar saxitoxine in het meer volgen, maar dat biedt niet genoeg gegevens om te zeggen of de productie van saxitoxine zal toenemen naarmate de meren opwarmen. “Maar nu we weten wie het produceert, denk ik dat we beter op deze organismen kunnen letten en we kunnen ook direct de genabundanties in de loop van de tijd beoordelen,” zei Dick. “We zijn van plan de overvloed van dit organisme te blijven monitoren, maar het is te vroeg om te zeggen of het meer voorkomt. Het is gewoon een correlatie, maar die correlatie met temperatuur is zorgwekkend.”