Озеро Ері – одне з найбільших прісноводних водойм Північної Америки – влітку щороку стикається з масовим цвітінням водоростей. У 2025 році вчені з Університету Мічигану підтвердили, що певні штами ціанобактерії Dolichospermum виробляють сакситоксин – один з найнебезпечніших природних нейротоксинів. Це відкриття допоможе ефективніше стежити за токсичними цвітіннями, які загрожують рибі, птахам і навіть питній воді для мільйонів людей. Про це передає КРВ.медіа.
Озеро Ері та проблема цвітіння водоростей
Озеро Ері є четвертим за розміром серед Великих озер Північної Америки і забезпечує питною водою понад 11 мільйонів людей у США та Канаді. Воно також є важливим джерелом рибальства, відпочинку та комерційної навігації. Проте щоліта в теплі та поживними речовинами збагачені води потрапляє велика кількість ціанобактерій, або синьо-зелених водоростей.
У 2014 році масштабне цвітіння водоростей змусило владу міста Толідо, штат Огайо, припинити подачу води на понад два дні для більш як 400 тисяч мешканців. Причиною була поява токсину мікроцистину. Однак ще один токсин, сакситоксин, довгий час залишався загадкою: його присутність у воді було зафіксовано ще у 2007 році, але організм, який його продукує, залишався невідомим.
Хто продукує сакситоксин
Нове дослідження, проведене науковцями з Університету Мічигану, дозволило остаточно встановити, що сакситоксин в озері Ері виробляється деякими штамами Dolichospermum – роду ціанобактерій, які полюбляють багаті на поживні речовини прісноводні водойми.
Ціанобактерії бувають різних типів, і кожен з них може виробляти різні токсини. Розуміння того, який тип бактерії відповідальний за конкретну отруту, дозволяє точніше відстежувати небезпечні явища. Сакситоксин є нейротоксином, який при потраплянні в організм навіть у невеликих дозах може викликати оніміння, параліч м’язів, зупинку дихання і навіть смерть. Це той самий токсин, який спричиняє «паралітичне отруєння молюсками» в океанах.
Як працювало дослідження: аналіз ДНК та геному
Щоб знайти джерело сакситоксину, дослідники зібрали зразки води під час цвітіння водоростей в озері Ері. Замість того, щоб ізолювати окремі мікроорганізми, вони застосували метод «shotgun секвенування» – підхід, за якого аналізується повний ДНК-вміст зразка, а потім реконструюються окремі геноми.
За допомогою цього методу їм вдалося відтворити повний геном одного з організмів у зразку й знайти в ньому характерні гени вироблення сакситоксину. Це стало доказом того, що певні штами Dolichospermum мають здатність синтезувати цю сполуку. Цікаво, що не всі представники виду володіють цим геном, що може свідчити про горизонтальний перенос генів або еволюційні особливості розвитку цих бактерій.
Вплив клімату: температура й поживні речовини
Вчені дослідили, як присутність гена сакситоксину змінюється залежно від екологічних умов у різних точках озера Ері. З’ясувалося, що цей ген частіше зустрічається в зонах з теплішою водою. Така залежність викликає занепокоєння у контексті глобального потепління: температура Великих озер зростає, і це може призводити до інтенсивніших та токсичніших цвітінь.
Окрім температури, дослідники звернули увагу на вміст амонію у воді – форми азоту, яка зазвичай надходить до водойм із добрив. Цікаво, що в районах із високим вмістом амонію гени сакситоксину виявлялися рідше. Це може бути пов’язано з особливим «азотним метаболізмом» Dolichospermum, який дозволяє їй виживати без потреби в доступному азоті.
Однією з унікальних рис Dolichospermum є її здатність фіксувати азот з атмосфери – тобто використовувати дінітроген (N₂), який більшість організмів не може засвоїти. Це дає бактеріям конкурентну перевагу в середовищах, де інші водорості «голодують» через нестачу поживних речовин. У повністю секвенованому геномі вчені виявили гени, відповідальні за цей механізм.
«Це наче суперсила – використовувати азот, який для інших недоступний. І це допомагає Dolichospermum домінувати в несприятливих умовах», – пояснив професор Ґреґорі Дік, керівник дослідження та директор Інституту дослідження Великих озер.
Моніторинг, ризики та майбутні дослідження
Наразі дослідники продовжують вивчати поширення сакситоксин-продукуючих штамів у озері Ері. Хоча дев’ятирічні спостереження вже дали багато даних, для точних прогнозів потрібен значно довший моніторинг. Проте зараз, знаючи, хто саме продукує токсин, фахівці можуть оперативніше реагувати на зміни в екосистемі.
У США діє система попередження про шкідливі цвітіння водоростей, яка включає супутникові знімки, сенсори в озерах і щотижневі аналітичні звіти. Відкриття ролі Dolichospermum у токсичних цвітіннях дозволить ці системи зробити ще точнішими.
У майбутньому вчені планують простежити, як впливають зміни клімату, добрив і конкуренції мікроорганізмів на поширення токсичних штамів. Завдяки таким знанням можливо розробити політику, що зменшить ризики для здоров’я людей і довкілля.
