Cyanobakterien

In Deutschland wurden bislang vorwiegend die lebertoxischen Microcystine gefunden, während Neurotoxine aus Cyanobakterien bislang seltener beobachtet wurden. Infolge des Kenntnisfortschritts wird in Deutschland seit wenigen Jahren ferner ein weiteres, ebenfalls vorwiegend auf die Leber wirkendes Toxin gefunden: das Cylindrospermopsin.

In der internationalen Literatur sind zahlreiche Beobachtungen zur Wirkung von Cyanotoxinen dokumentiert. Dazu zählen Ergebnisse von Tierversuchen, Berichte über Viehsterben nach dem Tränken an mit Cyanobakterien belasteten Gewässern sowie Erkrankungen von Menschen, sowohl nach dem Verschlucken von Wasser als auch beim direkten Hautkontakt. Lokale Symptome umfassen Haut- und Schleimhautreizungen, Bindehautentzündungen und Ohrenschmerzen. Darüber hinaus werden auch schwerwiegendere gesundheitliche Beeinträchtigungen wie Übelkeit, Durchfall und Erbrechen, Gliederschmerzen, Atemwegserkrankungen und allergische Reaktionen auf den Kontakt mit Cyanobakterien zurückgeführt.

Microcystine kommen bei vielen der im Freiland häufig auftretenden Cyanobakterienarten vor, insb. bei den Gattungen Microcystis und Planktothrix. Rund 70 verschiedene Strukturvarianten sind bekannt. Sie sind vorwiegend in den Zellen enthalten. Beim Absterben der Zellen im Gewässer oder bei der Trinkwasseraufbereitung können sie freigesetzt werden und liegen dann im Wasser gelöst vor. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) hat 1998 einen vorläufigen Leitwert von 1 µg/l für eine der Strukturvarianten, das Microcystin-LR, angegeben. Dieser Wert wird häufig als Orientierung auch für die anderen Strukturvarianten oder die Summe aller Microcystine in einer Probe verwendet.

Unter den im Trinkwasser und in Badegewässern potenziell vorkommenden Gesundheitsgefährdungen geht das größte Risiko meistens von Krankheitserregern (Viren, Bakterien, Parasiten) aus. Unter den im Wasser vorkommenden gesundheitsgefährdenden Stoffen zählen allerdings die Cyanotoxine zu denjenigen, die am häufigsten in Konzentrationen oberhalb dieses WHO-Leitwertes vorkommen. Besonders hohe Konzentrationen – bis zu mehreren 1000 µg – treten bei so genannten „Wasserblüten” auf.

Das Umweltbundesamt (UBA) FG II 3.3 erforscht das Vorkommen toxischer Cyanobakterien sowie die Faktoren, die dieses bestimmen. Zusammen mit Ergebnissen aus dem FG II 3.6 zur toxikologischen Bewertung liefert es die Grundlage zur Bewertung des Gesundheitsrisikos durch Cyanotoxine. Dies umfasst die Bewertung der Sicherheit von Maßnahmen zur Vermeidung und/oder Beherrschung dieser Gefährdung. Dazu zählen Ressourcenbewirtschaftung, Trinkwasserentnahme durch Uferfiltration und Trinkwasseraufbereitung.

Ferner trägt das UBA zur Weiterentwicklung von Analysemethoden bei und unterstützt die Vollzugsbehörden der Länder und Gemeinden mit Empfehlungen sowie mit Beratungen im Einzelfall (siehe CyanoCenter). Zur Entwicklung internationaler Bewertungen, Leitlinien und Regelungen-Broschüre über Current Approaches to Cyanotoxin Risk Assessment, Risk Management and Regulations beteiligt sich das UBA intensiv an den Gremien der Weltgesundheitsorganisation (WHO) sowie der EU. Es ist federführend bei der Herausgabe des WHO-Leitfadens Toxic Cyanobacteria in Water, der in voller Länge von der WHO-Homepage geladen werden kann und derzeit in die 2. Auflage geht.

Unter den verschiedenen Gruppen von Cyanotoxinen sind Microcystine diejenige, die vermutlich am häufigsten in gesundheitsrelevanten Konzentrationen vorkommt. Daher sind ihr Vorkommen sowie ihre Entfernbarkeit durch Verfahren der Trinkwasseraufbereitung inzwischen gut durch andere Institutionen, insbesondere durch Wasserversorger, untersucht. Die Forschung des Umweltbundesamtes konzentrierte sich von 1999 bis 2005 auf ihre Elimination durch Ufer- und Langsamsandfiltration.

Microcystine sind nur eine Gruppe zahlreicher Oligopeptide (kleine Eiweißmoleküle), die in großer Vielfalt in Cyanobakterien gefunden werden und im Labor bioaktive Wirkungen zeigen, in dem sie verschiedene Enzyme hemmen. Auch zeigen Cyanobakterien verschiedene Giftwirkungen in Toxizitätstests zum Beispiel mit Zellkulturen, Fischeiern oder Wasserflöhen, wobei jedoch unklar ist, welche Inhaltsstoffe diese Wirkungen verursachen. Im EU-Projekt PEPCY hat das UBA daher die Zusammenarbeit mit zehn weiteren Forschungseinrichtungen aus 7 Europäischen Ländern koordiniert, um zu ermitteln, wie verbreitet das Vorkommen dieser anderen Peptide ist, welche Faktoren es steuern, wie giftig sie für Menschen und Wasserflöhe sind und wie man sie am besten nachweisen kann. Im Ergebnis zeigte sich eine Giftwirkung mancher Oligopeptide auf Wasserflöhe, jedoch wurden keine Hinweise für eine Wirkung auf Menschen gefunden. Ferner wurde deutlich, dass andere Peptide in teilweise höheren Konzentrationen vorkommen, als die humantoxischen Microcystine. PEPCY schaffte eine Grundlage dafür, das Vorkommen der „Cyanopeptide” und somit auch der Microcystine besser zu verstehen, vorhersagen und beherrschen zu können.

Neben den Microcystinen erweist sich eine ganz andere Stoffgruppe unter den Cyanotoxinen als sehr verbreitet – das Cylindrospermopsin. Überraschend stellte das Umweltbundesamt unlängst in einem Verbundprojekt mit zwei Partnerinstituten fest, dass dies durch mindestens eine in Deutschland weit verbreitete Cyanobakterienart produziert wird. Nunmehr gilt es zu ermitteln, in wie weit dieses Cyanotoxin eine Gesundheitsgefährdung darstellt und ob es mit denselben Mitteln zu beherrschen ist wie die Microcystine.