Vivat rex Cylindrospermopsis!

23 października 2018
Blog szalonych naukowców

Lubimy mieć ulubione rzeczy – książki, piosenki, cytaty, pluszaki. Ja mam swoje ulubione gatunki sinic.

Jednym z nich jest, nazwany na cześć pioniera ochrony przyrody w Polsce, profesora Mariana Raciborskiego, Cylindrospermopsis raciborskii.  W zasadzie to już nie Cylindrospermopsis. Przeprowadzone w tym roku badania filogenetyczne wykazały, iż przedstawiciele rodzaju Raphidiopsis i Cylindrospermopsis mają to samo pochodzenie, a zatem powinny stanowić jedną jednostkę taksonomiczną. No a że nazwa Cylindrospermopsis sięga swoimi korzeniami zaledwie 1972 r., a Raphidiopsis aż 1929 r., to zgodnie z obowiązującą w taksonomii zasadą priorytetu, powinniśmy mówić nie Cylindrospermopsis raciborskii, a „Raphidiopsis raciborskii„.

Takie zmiany to w zasadzie nic nadzwyczajnego – każdego roku musimy przyjąć do wiadomości wiele podobnych Zresztą moja ulubiona sinica już wcześniej zmieniała nazwę, wcześniej znana była jako Anabaena raciborskii. Niby powinniśmy się cieszyć, że nowa nazwa bardziej akuratnie odzwierciedla faktyczny stan pochodzenia, ale jakoś trudno mi się z tym pogodzi. Cylindrospermopsis brzmi po prostu swojsko. Niektórzy z nieugiętych zdołali opublikować jeszcze niedawno prace używając starej, chciałoby się powiedzieć, kultowej, nazwy. Usłyszana raz na studiach, na zawsze zapadła mi w pamięci. Może czas założyć tajny klub czcicieli Cylindrospermopsis?

Co takiego, oczywiście poza nazwą, jest urzekające w, ehem…, Cylindrospermopsis raciborskii? Występuje w fitoplanktonie wód słodkich, przyjmuje postać szeregowo ułożonych, fotosyntetycznych komórek tworzących trychom, zakończony jedno- lub obustronnie heterocytem – komórką zdolną do asymilacji azotu atmosferycznego. Takie rozwiązanie daje pewną przewagę, pozwala bowiem uniezależniać się od źródeł azotu rozpuszczonego w wodzie. Pierwszy raz stwierdzono obecność tego gatunku na wyspie Jawa w Indonezji i przez długi czas uważano za gatunek charakterystyczny dla strefy tropikalnej i subtropikalnej. Dziś wiemy, że występuje on również w strefie klimatu umiarkowanego i prawdopodobnie wciąż poszerza zasięg swojego występowania. W Polsce związany jest z płytkimi, eutroficznymi jeziorami zachodniej części kraju, gdzie, w przeciwieństwie do innych lokalizacji, nie tworzy zakwitów. Dlaczego nie? Może jeszcze mu na to za zimno?

Moją uwagę w największym stopniu przyciągnął jednak produkowany w jej komórkach związek – alkaloid posiadający tricykliczne ugrupowania guanidynowe połączone z pierścieniem uracylu. Choć produkują go też inne gatunki sinic, w tym te związane ze środowiskiem lądowym, to pierwszy raz zidentyfikowano jego istnienie właśnie u głównego bohatera tej opowieści. I nazwano cylindrospermopsyną. Oby nikt nie wpadł teraz na pomysł przekwalifikowania jej na raphidiopsynę…

Cylindrospermopsyna (jak to intrygująco brzmi, prawda?) jest cytotoksyną. Moją ulubioną, oczywiście. Mam nawet bluzę z jej wzorem strukturalnym. Znaleźli się tacy, którzy sądzili, że w ten sposób promuję narkotyki. Coś w tym jest. Cylindrospermopsyna w różnych typach komórek kręgowców wywołuje rozmaite skutki: stres oksydacyjny, uszkodzenia kwasów nukleinowych, zahamowanie syntezy białek, peroksydację lipidów i apoptozę, która jest tego wszystkiego zwieńczeniem.  To ona w 1979 r. była najbardziej prawdopodobnym czynnikiem sprawczym masowego zatrucia pokarmowego na jednej z australijskich wysp, kiedy w zbiorniku wody pitnej doszło do zakwitu C. raciborskii. No cóż, narkotyk raczej niegodny polecenia.

Cylindrospermopsyna, której synteza i transport warunkowany jest przez 15 zlokalizowanych klastrowo sekwencji genowych, może być wydzielana przyżyciowo do środowiska zewnątrzkomórkowego, na ogół w warunkach ograniczonej dostępności fosforu. Jaką może pełnić funkcję ta substancja? Dotychczas przeprowadzone badania eksperymentalne wskazują między innymi, że może ona zmuszać innych przedstawicieli fitoplanktonu do produkcji i wydzielania alkalicznej fosfatazy, enzymu, którego pozwala na uwalnianie reszt fosforanowych z niedostępnych biologicznie związków organicznych. Producenci cylindrospermopsyny bardzo chętnie takie podarki zgarniają dla siebie, podkręcając do maksimum mechanizmy transportu fosforu. Gdzieś pod wodą przedstawiciele fitoplanktonu wiodą niewolniczy żywot, pracując dla swojego pana, kosztem własnego wzrostu… Według jednej z hipotez.

Cylindrospermopsynę zidentyfikowano już w wodach wszystkich kontynentów świata, łącznie z Antarktydą. Nie wszędzie jednak za jej występowanie odpowiada C. raciborskii. Zdolne do jej produkcji szczepy występować mogą w Australii, Nowej Zelandii i Azji. Te związane z wodami Ameryki Północnej mogą produkować saksitoksyny – grupę neurotoksycznych związków, blokujących kanały sodowe neuronów, uniemożliwiających przesyłanie sygnałów i powodujących paraliż mięśni. Mogą kumulować się w ciałach mięczaków, także tych zjadanych przez człowieka. Szczepy wyizolowane z wód Afryki i Europy nie produkują ani jednej ani drugiej toksyny, nie wytwarzają też innych związków toksycznych dotychczas zidentyfikowanych u sinic sinic. W wodach polskich jedynym poznanym po dziś dzień producentem cylindrospermopsyny jest Aphanizomenon gracile. Badania eksperymentalne wskazują jednak na to, że europejskie ekstrakty C. raciborskii są jednak toksyczne. Wystąpienie zakwitu tej sinicy w jednym z serbskich jezior powiązano z masowym śnięciem ryb o łącznej masie niemal 2 ton. Czy wkrótce czeka nas niespodzianka związana z identyfikacją zupełnie nowego, toksycznego metabolitu produkowanego przez C. raciborskii w europejskich wodach? Byłoby czym się ekscytować.

Niewątpliwą niespodzianką jest opisany w tym roku pierwszy w historii przypadek szczepu C. raciborskii, który posiada cały klaster genowy warunkujący syntezę… mikrocystyn. To takie cykliczne peptydy o hepatotoksycznym działaniu, najczęściej stwierdzane toksyny sinicowe w wodach powierzchniowych, których nazwa pochodzi od gatunku Microcystis aeruginosa. To, że Cylindrospermopsis nie produkuje tych związków było tak pewne, że 10 lat temu twierdząc inaczej w kompromitującym stylu nie zdałbym egzaminu z fykologii. Wszystkie zbadane dotychczas szczepy C. raciborskii z innych regionów Europy i świata nie są zdolne do produkcji mikrocystyn.

Dla uważnie śledzącego meandry badań nad C. raciborskii powyższa obserwacja niekoniecznie będzie znowu tak wielkim zaskoczeniem. W 2011 r. badając tunezyjski szczep stwierdzono dwa z dziesięciu genów koniecznych do syntezy mikrocystyny. A z Tunezji do Grecji już wcale tak daleko nie jest. No właśnie, bo co do dróg globalnego rozprzestrzeniania się C. raciborskii też od lat trwają dyskusje. Pierwotna hipoteza zakładała, iż sinica ta najpierw występowała w Afryce, skąd przedostała się do Ameryki Południowej i Australii. Z tego drugiego kontynentu rozprzestrzeniać miałaby się dalej do Ameryki Północnej, a przez Azję dotrzeć w końcu na Stary Kontynent. Inni badacze proponowali z kolei istnienie dwóch głównych dróg ekspansji: z Afryki przez Australię do Azji oraz z Ameryki Północnej do Południowej i wreszcie do Europy.

Przeprowadzone niedawno analizy filogenetyczne, uwzględniające również osobliwy grecki szczep, skłaniają do jeszcze innego wariantu, w którym to pierwotnym centrum rozprzestrzeniania stanowiła Ameryka Południowa, skąd C. raciborskii miałby przez Amerykę Północną przedostać się do Tunezji i dalej do europejskich regionów śródziemnomorskich – Hiszpanii i Grecji. W drugiej kolejności z kontynentu afrykańskiego miałby trafić do Australii, gdzie przez Azję trafiłby wreszcie do krajów środkowo-wschodniej Europy. Cóż za wspaniała podróż! Ale jak niby coś zawieszonego w wodzie mogłoby dokonać takiego międzykontynentalnego wyczynu? Mogłyby w tym pomóc chociażby ptaki, przenosząc wytrzymałe akinety na duże odległości w trakcie swoich migracji.

Jedna sinica, a ile wątków. Nic dziwnego, że nieustannie wzbudza zainteresowanie zarówno trochę starszych badaczy, którzy chętnie pogwałciliby zasadę priorytetu taksonomicznego (jednak, prędzej czy później do zmiany nazwy będą musieli się przyzwyczaić), jak i tych młodszych, którzy otwierać będą nowe rozdziały wiedzy o Raphidiopsis raciborskii i pokrewnych sinicach.

Piotr Rzymski