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ミクロシスチン（またはシアノギノシン）は、藍藻類として知られる特定の淡水シアノバクテリアが産生する毒素の一種です。[3]これまでに250種類以上[4]のミクロシスチンが発見されており、その中で最も一般的なものはミクロシスチンLRです。化学的には、非リボソームペプチド合成酵素によって産生される環状ヘプタペプチドです。[5]
シアノバクテリアは藻類の大量発生時にミクロシスチンを大量に生成し、飲料水や灌漑用水、そして環境全体に大きな脅威を与えます。[6] [7]
特徴
ミクロシスチン（またはシアノギノシン）は、特定の淡水シアノバクテリアによって産生される毒素の一種[8]であり、主にミクロシスティス・アエルギノーサが産生するが、他のミクロシスティス属や、プランクトスリックス属、アナベナ属、オシラトリア属、ネンジュモ属なども産生する。
ミクロシスチン-LR（X = ロイシン、Z = アルギニン）は、80 種類を超える既知の毒性変異体の中で最も毒性が強く、化学者、薬理学者、生物学者、生態学者によって最も研究されている。ミクロシスチンを含む「ブルーム」は、中国、ブラジル、オーストラリア、南アフリカ、[9] [10] [11] [12] [13] [14 ] [ 15] [16]米国、ヨーロッパの多くの国を含む世界中で問題となっている。南アフリカのハートビースポートダムは、アフリカ、そしておそらく世界で最も汚染された場所の 1 つである。
化学
ミクロシスチンは、D-アラニン1 - X 2 - D-Masp 3 - Z 4 -Adda 5 -D-γ-Glu 6 - Mdha 7という共通の構造フレームワークを持ち、ここでXとZは可変アミノ酸です。体系名「ミクロシスチン-XZ」（略してMC- XZ）は、アミノ酸の1文字コード（利用可能な場合、そうでない場合はより長いコード）に基づいて割り当てられます。[4]分子が他の変更を示す場合、違いは「MC」の前に角括弧で示されます。[4]これらのうち、いくつかは珍しい非タンパク質構成 アミノ酸です：[17]
- D-MaspはD-エリスロ-β-メチルイソアスパラギン酸であり、β-アミノ酸形態のアスパラギン酸誘導体である。 [4]
- アダは、（全S、全E）-3-アミノ-9-メトキシ-2,6,8-トリメチル-10-フェニルデカ-4,6-ジエン酸であり、ミクロシスチンおよび関連ノジュラリンにのみ含まれるβ-アミノ酸である。
- MdhaはN-メチルデヒドロアラニンであり、デヒドロアラニンの誘導体である。[4]ノジュラリンでは、別のデヒドロアミノ酸誘導体であるMdhb（N-メチルデヒドロブチリン）に置き換えられている。[18]
作用機序
ミクロシスチンはタンパク質ホスファターゼPP1およびPP2Aに共有結合して阻害し、その結果、全脂腺炎を引き起こす可能性がある。[17] ADDA残基はこの機能の鍵であり、ADDAと1つの追加のアミノ酸からなる大幅に単純化された合成類似体は同じ阻害機能を示すことができる。[19]
生産に影響を与える要因
ミクロシスチンを産生するミクロシスティスは淡水シアノバクテリアの属で、温水条件、特に停滞した水域で繁殖します。[7] EPAは2013年に、気候変動と環境条件の変化が有害な藻類の増殖につながり、人間の健康に悪影響を与える可能性があると予測しました。[20]藻類の増殖は富栄養化（栄養素の過剰供給）のプロセスによっても促進されます。 [7]特に、溶解した反応性リンは藻類の増殖を促進します。[21] [より良い情報源が必要]
ミクロシスチンはシアノバクテリアの鉄分不足に対処する方法として進化した可能性がある。この分子は鉄と結合し、非生産株は鉄分不足への対処が著しく劣る。[22]鉄分不足はミクロシスチン合成オペロンの1つであるMcyDをアップレギュレーションする。[23]しかし、十分な鉄分供給は細菌の光合成を改善し、ミクロシスチンの生産を促進し、MC生合成に十分なATPを生成する。[24]
ミクロシスチンの産生も温度と正の相関関係にある。[25]明るい光と赤色光はMcyDの転写を増加させるが、青色光はそれを減少させる。[26] pHなどの他のさまざまな要因もMCの産生に影響を与える可能性があるが、標準的な試験条件がないため比較は複雑である。[27]
暴露経路
人間がこれらの肝毒素にさらされる方法はいくつかありますが、その1つは水泳、サーフィン、釣り、汚染された水に直接触れるその他の活動などのレクリエーション活動です。[28]科学者によって特定されたもう1つのまれではあるが非常に有毒な曝露経路は、血液透析手術です。血液透析による小嚢胞中毒の致命的な症例の1つはブラジルで研究され、特定の期間に手術を受けた患者の48％が、処置に使用された水が汚染されていたことが判明したため死亡しました。[29]
ミクロシスチンは、その環状構造のためか、幅広い温度とpH範囲で化学的に安定している。 [30] ミクロシスチン-LR による水質汚染は、煮沸や電子レンジ処理に耐性がある。[31] ミクロシスチンを産生する細菌性藻類ブルームは、水処理施設のフィルター能力を圧倒する可能性がある。毒素が灌漑によって食物連鎖に運ばれる可能性があることを示す証拠もある。 [32] [33]
エリー湖の開花
2011年、エリー湖でミクロシスティスの記録的な大量発生が発生しました。これは、記録上最も雨の多い春の影響もあって、湖底のデッドゾーンが拡大し、魚の個体数が減少し、海岸が汚染され、年間100億ドル以上の収益を生み出す地元の観光産業に損害を与えました。[1]
2014年8月、オハイオ州トレド市は、五大湖の中で最も浅いエリー湖で有害な藻類が大量発生したため、水道水に危険なレベルのミクロシスチンを検出した。市は約50万人に対し、水は飲用にも調理にも安全ではないという警告を出した。[34] [35]オハイオ州の特別調査委員会は、エリー湖は他の五大湖よりも多くのリンを、農耕地や都市の水処理センターからの農産物から受け取っていると結論付けた。[21]
サンフランシスコベイエリア
2016年には、サンフランシスコ湾地域の海水中の貝類からミクロシスチンが発見されたが、これは干ばつによって悪化した淡水流出によるものと思われる。[36]
アイオワ
2018年、アイオワ州天然資源局は、検査した26の公共水道システムのうち15の原水供給源で、0.3µg/L（マイクログラム/リットル（ppb ））のレベルのミクロシスチンを発見しました。 [37]
オレゴン
2023年、オレゴン州環境品質局（DEQ）とオレゴン州保健局は、ポートランドを流れるウィラメット川の大部分に対してシアノバクテリアに関する勧告を発令した。[38]この勧告は、ロスアイランドラグーンからカテドラルパークまでのウィラメット川に影響を与えた。[39] DEQによる検査では、ミクロシスチン濃度が549ppbであったことが示された。[38]
曝露による人体への影響
ミクロシスチンは、その環状化学的性質のため、ペプシン、トリプシン、コラーゲナーゼ、キモトリプシンなどの標準的なプロテアーゼでは分解できない。 [30]ミクロシスチンは肝毒性があり、肝臓に深刻な損傷を引き起こす可能性がある。摂取されると、ミクロシスチンは胆汁酸輸送系を介して肝臓に移動し、大部分はそこで貯蔵されるが、一部は血流中に残り、組織を汚染する可能性がある。[40 ] [ 41] [ページが必要] ミクロシスチン-LRの急性健康影響は、腹痛、嘔吐、吐き気、下痢、頭痛、口の周りの水疱、吸入後の喉の痛み、乾いた咳、肺炎である。[42] [29]
研究によると、ミクロシスチンの吸収は消化管で起こることが示唆されている。[28]さらに、これらの肝毒素はタンパク質酵素ホスファターゼPP1とPP2Aの活性を阻害して出血性ショックを引き起こし、マウスの研究では45分以内に死に至ることが判明した。[43]
EPA発がん性リスク評価ガイドラインを適用してミクロシスチンの発がん性を評価するには情報が不十分であるように思われる。いくつかの研究では、肝臓がんや大腸がんと中国の飲料水中のシアノバクテリアの発生との間に関係がある可能性が示唆されている。[44] [45] [46] [47] [48] [49]しかし、暴露を正確に評価および測定する能力が限られているため、証拠は限られている。
規制
米国では、EPAが2015年に健康勧告を発行しました。[50]飲料水中のミクロシスチンに10日間さらされても、非発がん性の有害な健康影響から保護されると考えられる10日間の健康勧告が、年齢ごとに算出されました。哺乳瓶で育てられた乳児および就学前の幼児の場合は0.3μg/L、学齢期の子供から成人までの場合は1.6μg/Lです。[50] : 28–29
参照
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さらに読む
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外部リンク
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- シアノバクテリアとシアノトキシン: 飲料水システムに関する情報 (EPA)
- シアノバクテリアはトレドだけの問題ではない カール・ジマー著、2014年8月7日（ニューヨーク・タイムズ）