Hintergrundinformation

Microcystine (MC) sind weltweit verbreitet, da sich in eutrophen Gewässern oft MC-produzierende Cyanobakterien wie Microcystis, Planktothrix und Anabaena stark vermehren. In 80-100% der Gewässer mit Vorkommen von Microcystis, Planktohrix agardhii oder Planktohrix rubescens konnten MC nachgewiesen werden. Es sollte daher bei Vorkommen dieser Cyanobakterien davon ausgegangen werden, dass auch Microcystin vorkommen.

Die Konzentrationen von Microcystinen bei Vorkommen von Microcystis liegen außerhalb der Uferbereiche meist deutlich unter 100 µg/l. Da diese Gattung jedoch bei ruhiger Wetterlage an der Wasseroberfläche auftreibt, können sich dort und vor allem in Uferbereichen größere Mengen an Zellen und somit Microcystinen anreichern. Die Microcystinkonzentrationen können dabei um mehrere Größenordnungen über denen des Freiwassers liegen und Werte von 1000 – 40000 µg/l erreichen. Zudem kann es im Uferbereich zu großen räumlich und zeitlichen Konzentrationsunterschieden kommen, die mehrere Größenordnungen umfassen (Abb. 1), meist bedingt durch die Gewässermorphologie (Buchten) und die jeweiligen Windrichtungen.

Planktothrix rubescens zeigt andere Muster der Konzentrationsunterschiede: Während der Schichtung des Gewässers in den Sommermonaten wächst diese Art im Metalimnion (Sprungschicht) eines Gewässers und erreicht dort häufig Microcystinkonzentrationen im Bereich von < 1-10 µg/l. Während der Durchmischung des Gewässers im Herbst werden die Zellen (und damit die MC) über die ganze Wassersäule verteilt und es können sich ggf. auch Oberflächenblüten mit hohen Microcystinkonzentrationen bilden (z.B. >> 10000 µg/l).

Auch bei dichten Populationen von Planktohrix agardhii können die Microcystinkonzentrationen 100 µg/l und mehr betragen, jedoch kommt es hier nicht zu einer Anreicherung von Zellen und MC an der Gewässeroberflächen oder im Metalimnion, da diese Art in flachen, häufig durchmischten Gewässern vorkommt.

Microcystine sind in der Regel überwiegend zellgebunden und liegen nur beim Absterben der Zellen in größeren Mengen gelöst im Wasser vor. Dort werden sie jedoch meist rasch im Wasserkörper verdünnt und mit Halbwertszeiten von wenigen Tagen bakteriell abgebaut.

Microcystin zu Biovolumen Relation

Zur ersten Bewertung des Risikos erhöhter Microcystinkonzentrationen durch Cyanobakterien in Gewässern ist es hilfreich zu wissen, wie viel Toxin pro Biomasseeinheit maximal zu erwarten ist.

Für Microcystine gibt es mehrere Datensätze, die als Maß für die Cyanobakterienbiomasse entweder das Biovolumen (BV) oder die Konzentration an Chlorophyll-a (Chl-a) verwenden. Isolierte Kulturstämme zeigen meist 0.5-5 µg Microcystin pro mm³ BV. Im Freiland liegen aufgrund der Mischung von toxischen und nicht toxischen Stämmen die Werte trotz hoher Variabilität allerdings meist unter 1 µg Microcystin pro mm³ BV oder 0,3 µg Microcystin pro µg Chl-a (Abb.1), in Einzelfällen aber auch deutlich darüber (bis zum Sechsfachen).

Die Unsicherheit bei Verwendung von Chl-a als Bezugsgröße für Microcystin besteht in den umweltbedingten Schwankungen des Chl-a Gehaltes innerhalb der Zellen sowie des ggf. variablen Anteils der Cyanobakterien am Gesamtphytoplankton (das auch Chl-a enthält). Auch wenn das Biovolumen daher die präzisere Bezugsgröße ist, ist jedoch dessen Bestimmung im Vergleich zu Chlorophyll-a weniger verbreitet und die Durchführung erfordert Erfahrung, da ansonsten die Unsicherheiten ebenso groß wie bei Chl-a sind. Für eine erste Abschätzung des möglichen Toxingehaltes sind MC/Chl-a (0,3 µg pro µg) oder MC/BV (1 µg pro mm³) daher gleichermaßen geeignet.

Abb. 1: Microcystinkonzentrationen entlang des Havel-Ufers (Berlin) während einer Massenentwicklung von Microcystis sp. (MC: Säulen, MC/Chl-a Relation:schwarze Punkte)

Viele Populationen von Nodularia spumigena sowohl in gemäßigten als auch in subtropischen Klimazonen enthalten Nodularine. Die z.B. für die Ostsee berichteten Konzentrationen liegen im Bereich von wenigen µg bis hin zu ~ 18000 µg/l bei Zellansammlungen im Uferbereich.

Tödliche Vergiftungen von Hunden, die Nodularin im Uferbereich aufgenommen hatten, geben Anlass zur Besorgnis und zeigen die Notwendigkeit einer guten Überwachung von Badestellen beim Vorkommen von Nodularia-Massenentwicklungen auf. Für die Trinkwasserversorgung ist Nodularin in Deutschland kein Problem, da Brackwasser hierzulande nicht als Rohwasser zur Trinkwassergewinnung genutzt wird.

Cylindrospermopsin kommt in Deutschland häufig vor, da in eutrophen Gewässern CYN-produzierende Cyanobakterien wie Aphanizomenon weit verbreitet sind. In Deutschland wurde in einem 2007-2009 durchgeführtem Cyanotoxin-Screening (NOSTOTOX, 2009) Cylindrospermopsin in 70% der untersuchten Gewässer nachgewiesen, genauso häufig wie Microcystine.

Die Konzentrationen von Cylindrospermopsin liegen meist deutlich unter 10 µg/l, in seltenen Fällen bis 100 µg/l, und der bislang höchste gemessene Werte liegt bei 1050 µg/l. Massenentwicklungen mit Aufrahmungen und Akkumulationen von Zellen der CYN-Produzenten und damit Aufkonzentrierung von Cylindrospermopsin um mehrere Größenordnungen (wie bei _Microcystis_/Microcystinen) wurde bislang nicht berichtet, ist aber nicht auszuschließen.

Wichtig für die Bewertung des Vorkommens von Cylindrospermopsin ist dagegen, dass dieses Toxin häufig überwiegend gelöst im Wasser vorliegt und zudem in manchen Gewässern kaum oder nur langsam abgebaut wird. Das kann dazu führen, dass gelöstes Cylindrospermopsin noch lange vorkommt, nachdem die Produzenten (und mit ihnen das zellgebundene CYN) bereits nicht mehr nachweisbar sind, oder gar, dass CYN ganzjährig vorkommt (Abb.1).

Bei Vorkommen von CYN im Rohwasser muss die Trinkwasseraufbereitung (anders als für die überwiegend zellgebundenen Microcystine) auch gelöstes CYN entfernen, und die Überwachung auf CYN kann weniger auf dem Vorkommen der CYN-Produzenten basieren.

Abb 1: Konzentrationen von gelöstem (CYNdiss) und zellgebundenem (CYNpart) Cylindrospermopsin im Stolpsee 2008

ATX-a und PSPs (Saxitoxine) wurden bislang in Deutschland im Vergleich zu Microcystinen und Cylindrospermopsin seltener und meist nur in geringen Konzentrationen (< 1 µg/l) gefunden. Ein ähnliches Bild ergeben auch Untersuchungen in Italien und den USA. Diese Ergebnisse sind teils durch ein geringes Vorkommen potentieller Neurotoxinproduzenten wie Aphanizomenon oder Anabaena bedingt, da bei Massenentwicklungen dieser Cyanobakterien in anderen Ländern durchaus hohe Neurotoxinkonzentrationen bis in den mg-Bereich gefunden wurden.

Auch ATX-a und PSPs können zeitweise zum überwiegenden Teil gelöst im Wasser vorkommen, die meist geringen Mengen werden dort jedoch in der Regel schnell verdünnt bzw. abgebaut. Jedoch wurde in einem australischen Gewässer eine hohe Persistenz von PSPs (3 Monate) nachgewiesen, und zudem manche Kongenere in toxischere umgewandelt.

Anatoxin-a (und Homoanatoxin) aus benthischen Cyanobakterien (Oscillatoria_/ _Phormidium) waren öfter die Ursache bei Vergiftungen von Tieren. Zum Vorkommen von Homoanatoxin und ATX-a(s) liegen nur vereinzelt Daten – meist qualitativer Art –vor.