Cylindrospermopsin

Auch in unseren gemäßigten Breiten wird seit 20 Jahren zunehmend das Auftreten der ursprünglich tropischen Cylindrospermopsis raciborskii beobachtet. Daher stellte sich Ende der 1990er Jahre die Frage, ob auch in unseren Gewässern mit Cylindrospermopsin zu rechnen ist.

Zur Klärung dieser Frage hat das Umweltbundesamt zusammen mit der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus von 1999 - 2003 (DFG-Projekt) erstmalig in Deutschland das Vorkommen von Cylindrospermopsin sowie der Art Cylindrospermopsis raciborskii untersucht. Es konnte erstmals Cylindrospermopsin in zwei Brandenburger Gewässern nachgewiesen werden, die aus diesen Gewässern isolierten Stämme von Cylindrospermopsis raciborskii produzierten jedoch kein Cylindrospermopsin. 
Diese ersten Ergebnisse warfen weitere Fragen auf: Wie verbreitet ist Cylindrospermopsin in Deutschland, welche Arten können es produzieren und wie gut können diese Arten sich in Deutschland entwickeln, und wie gut wird Cylindrospermopsin im Gewässer und im Untergrund abgebaut? An ihrer Klärung arbeitet das UBA in Kooperation mit der BTU Cottbus, dem Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei sowie der TU Berlin in verschiedenen Projekten (CYLIN, NOSTOTOX, DFG-Projekt „Abbau von Cylindrospermopsin“). Die wichtigsten Ergebnisse für die Trink- und Badewasserhygiene sind folgende.

• In etwa der Hälfte von 127 in 2004 untersuchten Gewässern im Nordosten Deutschlands wurde Cylindrospermopsin nachgewiesen, womit dieses Toxin ähnlich häufig vorkommt wie das Cyanotoxin Microcystin; Weitere Daten aus 2007/08 bestätigten dieses Muster.

• Die Konzentrationen in den Gewässern Berlins und Brandenburgs lagen zumeist im Bereich von < 1 bis 13 µg/l, vereinzelt wurden bis zu 40 µg/l gefunden. Dies schließt allerdings deutlich höhere Cylindrospermopsinkonzentrationen nicht aus (siehe Cylindrospermopsin-Produktion).

• In den meisten Fällen lag bis zu 80 % oder mehr des gesamten Cylindrospermopsins gelöst im Wasser vor - in Extremfällen sogar nahezu das gesamte Cylindrospermopsin. Hiermit unterscheidet sich Cylindrospermopsin deutlich vom Microcystin, das überwiegend zellgebunden und kaum im Wasser gelöst vorkommt.

• Gelöstes Cylindrospermopsin nimmt im Gewässer oft nur langsam ab (siehe Abbau). Daher können bei anfänglich hohen Konzentrationen (z. B. 8 µg/l) auch Wochen und Monate nach Absterben des produzierenden Organismus noch Konzentrationen > 1 µg/l vorliegen.

• Aphanizomenon flos-aquae wurde als heimischer Cylindrospermopsin-Produzent identifiziert. Weitere Freilanduntersuchungen weisen jedoch auch auf Aphanizomenon gracile und Anabaena als Produzenten. Die weite Verbreitung dieser Arten im heimischen Phytoplankton erklärt zum Teil die Häufigkeit des Cylindrospermopsinvorkommens.

• Die Gehalte an Cylindrospermopsin pro Biomasse lagen in den Aphanizomenon Stämmen zwischen 2 und 7 mg pro g Trockenmasse und somit im ähnlichen Bereich wie die Microcystingehalte anderer Cyanobakterien-Arten. Das bedeutet, dass wesentlich höhere Cylindrospermopsin-Konzentrationen vorkommen können, falls die Biomasse von Aphanizomenon (i) hoch ist und (ii) vorwiegend aus solchen Stämmen bestehen sollte, die dieses Toxin produzieren. Im Falle der bislang untersuchten Proben waren die Mengen an Cylindrospermopsin-produzierenden Aphanizomenon (und/oder anderer Arten) in den Freilandpopulationen vermutlich eher gering.

• Nach wie vor gibt es keinen Hinweis darauf, dass die in unseren Gewässern vorkommenden Stämme der Art Cylindrospermopsis raciborskii Cylindrospermopsin produzieren.

• Cylindropsermopsin adsorbiert nicht an sandiges Sediment, sondern lediglich an organische Substanz.

• Ein in Laborsäulenversuchen ermittelter bakterieller Abbau fand erst nach einer lag-Phase von 20 Tagen statt, in der sich die Bakterienpopulation heranbildet. Ist diese einmal vorhanden wird Cylindrospermopsin unter aeroben Bedingungen und bei 20°C nach 5 Tagen vollständig abgebaut. Die Abbauraten werden im Wesentlichen durch die Anwesenheit und Beschaffung des gelösten organischen Kohlenstoff (DOC) bestimmt. Unter anaeroben Bedingungen ist der Abbau stark verlangsamt.

• Unter naturnahen Versuchsbedingungen erwies sich eine langsame Fließrate (0,2 m/d) als Grundvoraussetzung für den Cylindrospermopsin-Abbau.

• Ein Abbau im für die Versuche verwendeten Teichwasser konnte nicht festgestellt werden, was die Beobachtungen aus dem Freiland bestätigt.

Badegewässer

• Die bislang in Deutschland gemessenen Cylindrospermopsinkonzentrationen sind so gering, dass sie beim Baden keine akute Gefährdung verursachen.

• Da jedoch auch hohe Konzentrationen nicht auszuschließen sind, sind die üblichen Vorsichtsmaßnahmen beim Baden in Gewässern mit Cyanobakterienvorkommen unbedingt zu beachten – d.h. insb. Vermeiden der Aufnahme von Wasser (Verschlucken; Aspiration)

Trinkwasser

• Das überwiegende Auftreten von Cylindrospermopsin in der gelösten Fraktion hat für die Trinkwasseraufbereitung zur Folge, dass eine Elimination durch die Entfernung der Zellen, wie im Fall des überwiegend zellgebunden  Microcystins, im Filtrationsprozess deutlich weniger wirksam ist. Jedoch ist Cylindrospermopsin bei der Trinkwasseraufbereitung durch Ozon und Chlor (weniger Chlordioxid) gut beherrschbar.