CYN in norddeutschen Binnengewässer - Teil II

Cyanobakterien durch Eutrophierung und Klimawandel

Wasser ist das wichtigste Element auf der Erde – womöglich im Universum. Leben wird nur dort vermutet, wo es auch Wasser gibt. Wasser löst und transportiert Nährstoffe und bildet mit Binnenseen erholsame Landschaftselemente. Selbst Grundwasser ist noch Lebensraum für Kleinstlebewesen.
Auch unerwünschten, wie das internationale Symposium über die Ökologie von Cyanobakterien letzte Woche in Berlin zeigte. Im Vorfeld hatte Dr. Claudia Wiedner vom Leibnitz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) schon bekannt gegeben, dass mittlerweile auch bei einheimische Arten die Bildung der tropischen Toxine in norddeutschen Binnengewässern nachgewiesen wid.

Cyanobakterien
Cyanobakterien sind photosynthetisch aktive Bakterien, die einige Eigenschaften von Algen aufweisen. Beispielsweise besitzen sie das Chlorophyll-A und setzen Sauerstoff frei. Sie gehören zu den ältesten Organismen und haben vor 2,5 Milliarden die Biosphäre mit Sauerstoff angereichert. Es gibt sie in den unterschiedlichsten Farben – aber weil die ersten, die entdeckt wurden. blaue Pigmente enthielten, wurde die ganze Gruppe „Blaualgen“ genannt. Sie können einzeln oder in Kolonien auftreten, im Wasser treiben oder am Seeboden leben. Für die Wasserexperten waren bislang vor allem die Blaualgen von Interesse, die Microcystine bilden - Giftstoffe, die Kopfschmerzen, gerötete Augen, Übelkeit und Erbrechen hervorrufen können. Das können viele Species sein, wie die Weltgesundheitsorganisation WHO in ihrer Richtlinie für sauberes Trinkwasser auflistet:

Species	Cyanotoxin		Species	Cyanotoxin
Anabaena spp.	Anatoxin-a(S), microcystin		Nodularia	Nodularin
Anabaenopsis milenii	Anatoxin-a, cylindrospermopsin		Oscillatoria	Anatoxin-a, microcystin
Aphanizomenon	Cylindrospermopsin		Planktothrix	Anatoxin-a, microcystin
Cylindrospermopsin spp	Cylindrospermopsin		Raphidiopsis curvata	Anatoxin-a(S), microcystin
Lyngbya spp	Microcystin		Umezakia natans	Cylindrospermopsin
Microcystis spp	Microcystin
Q: WHO Guidelines for Drinking Water Quality

Warum die Wasserlebewesen überhaupt Toxine bilden, kann heute nicht mehr erschlossen werden. Gegenüber Herd-und-Hof.de äußert Dr. Brigitte Nixdorf von der BTU Cottbus den Verdacht, dass es sich dabei um Signalstoffe handeln könnte, die für die Kommunikation zwischen den Cyanobakterienzellen zuständig sind.
Im weiteren Transformationsprozess binden sie sich an Gluthathion und induzieren reaktive Sauerstoffverbindungen, die ein antioxidatives Abwehrsystem aktivieren.
Cyanobakterien sind weit verbreitet und kommen im Boden, im Salzwasser und eben auch in Oberflächenwasser vor. Besonders kritisch wird es, wenn aus diesem Gewässer Trinkwasser gewonnen wird oder es sich um eine Badestelle handelt. Dann wird es bei hoher Exposition für Mensch und Tier gefährlich, wie zahlreiche Vorkommen von Australien bis Großbritannien in den letzten Jahren belegten.

Günstige Voraussetzungen
Temperatur, Lichtverhältnisse oder der pH-Wert des Gewässers können eine Blaualgenblüte fördern. Hinzu kommen jedoch auch Nährstoffeinträge vor allem aus der Landwirtschaft. Phosphor und Nitrate bieten den Cyanobakterien eine gute Futtergrundlage. Dr. Wiedner zeigte auf dem Symposium, dass der Klimawandel zudem die für die Sprossung mancher Cyanobakterien günstigen Temperaturen früher einsetzen und länger andauern lässt. Nordostdeutschland weist zudem noch einen weiteren günstigen Faktor auf: Alleine in Brandenburg gibt es über 3.000 Seen, wovon viele miteinander vernetzt sind.
70 Prozent der norddeutschen Gewässer sind nach Angaben Dr. Nixdorf „in keinem guten Zustand“. Aber, so zeigte die Tagung, eine Algenblüte hat nicht in jedem Fall vermegrte Toxinbildung zur Folge. Nur wissen die Experten noch nicht, warum das so ist.

Invasive Arten
Cylindrospermopsis raciborskii ist schon vor über 100 Jahren als Frischwasser-Cyanobakterium tropischen Ursprungs beschrieben worden, zeichnet sich aber in den letzten Jahren vermehrt dadurch aus, dass es sich auch in gemäßigten Zonen ausbreiten kann. Die tropische und gemäßigte Variante haben vergleichbare Lichtbedürfnisse, so dass Cylindrospermopsis raciborskii bei uns nur in den warmen Sommermonaten wächst. 1999 bildete C. raciborskii 24 Prozent des Phytoplanktons im südöstlich von Berlin gelegenen Scharmützelsee. Bei seinen Studien (s. unten) hat das Team um Dr. Wiedner noch mehr CYN-Produzenten gefunden: Anabaena bergii und Aphanizomenon aphanizomenoides. Anabaena bergii wurde in 13 von 142 Seen und sogar vor dem Darss in Wasser mit geringerem Salzgehalt gefunden. Der Ausgleichsküste vor Mecklenburg-Vorpommern.

Risikoabschätzung
Bei den bereits genannten Symptomen muss es sich nicht zwingend um eine Vergiftung mit Cyanobakterien handeln. Zum Beispiel kann ein Sonnenstich Vergleichbare Symptome verursachen. Dr. Stefan Höger an der Universität Konstanz beschreibt in seiner Dissertation, dass nur ein Nachweis des Giftes im Blut, Stuhl oder im Verdauungstrakt Sicherheit gibt.
Für die Quantifizierung einer Gefahr liegen jedoch noch zu wenig Daten vor. Dr. Ingrid Chorus vom Umweltbundesamt unterscheidet dabei die tägliche langfristige Ausnahme von einer höheren Aufnahme in einem kürzeren Zeitraum. Zudem sind die meisten Seen populäre Erholungsstellen der Berliner und Fernreisenden. „Man solle dann in einem See mit grüner "Wasserblüte" keinen Kopfstand machen und einen tiefen Schluck Wasser nehmen und auf die Kinder besonders aufpassen“, appelliert sie an den gesunden Menschenverstand. Die Gewässer sollen aber überwacht werden. Ein Grenzwert für eine Cyantoxinwarnung für Binnengewässer gibt es noch nicht; für Trinkwasser wird von Wissenschaftlern aus Australien eine Konzentration von 1 Mikrogramm CYN je Liter vorgeschlagen.

Toxine aus dem Wasser lösen
So vielfältig wie die Cyanobakterien im Wasser gefördert werden, so vielfältig sind auch die Möglichkeiten, sie wieder aus dem Wasser herauszubekommen. Dr. Höger sieht in der Koagulation durch Eisenchlorid eine gute Möglichkeit, weist aber auch darauf hin, dass die Zellwände dabei zerstört werden können und das Gift extrazellulär im Wasser vorhanden bleibt. UV-Licht und verschiedene Membranfilter zeigten die besten Ergebnisse.
Die Berliner und Brandenburger vertrauen ganz auf ihre sandigen Böden. Die märkische Streusandbüchse eignet sich hervorragend für die „Natural and Artifical Systems for Recharge and Infiltration“ (NASRI), die sogar Medikamentenrückstände aus dem Wasser holen. Untersucht wurde bislang aber nur die Entfernung von Mycrocystinen und nicht für CYN. Das Umweltbundesamt hatte dieses in einem Grundlagenprojekt erforscht und heruasgefunden, dass NASRI auch Microcystine aus dem Wasser eliminiert. Das Ergebnis ist ermutigend, setzt aber bestimmte Bedingungen voraus. Die Gifte werden effektiv abgebaut, sofern keine Schmutzdecke vorhanen ist, kein zu grobes Material wie Kies verwendet wird und die Temperaturen nicht zu gering sind.
Letztlich ist aber mindestens der Nährstoffeintrag als Futtergrundlage auch ein internationales Problem und kann nur auf großer Bühne gelöst werden.

Algen in der Nahrungsergänzung
Algen sind in Kulturen außerhalb Europas seit Jahrhunderten traditioneller Bestandteil der Nahrung und gewinnen bei uns über Nahrungsmittelergänzung an Bedeutung. Bei Spirunella oder Chlorella sind keine Toxinbildner bekannt. Eine Überschneidung gibt es allerdings bei Aphanizomenon flos-aquae. Dr. Höger wies auf eine Algenblüte in einem französischen Gewässer hin, die eine Microcystin-Konzentration von 279 Nanogramm auf einem Gramm Trockengewicht hervorbrachte. Vier bis dahin durchgeführte Studien über Algentoxine in der Nahrungsergänzung wiesen deutlich geringere Werte auf, lassen jedoch die Forderung zu, die Produkte regelmäßig zu untersuchen.

Lesestoff:
Alle wissenschaftlichen Quellen sind englischsprachig. Das entspricht der internationalen Bedeutung und der wissenschaftlichen Gemeinschaft, zeigt aber auch, dass das Thema in der Öffentlichkeit noch nicht richtig angekommen ist.
Veranstaltet wurde das Symposium vom Berliner Leibnitz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei, dass Sie schon einmal unter www.igb-berlin.de besuchen können. Dr. Wiedner hat an den folgenden Fachartikeln mitgearbeitet:
First Report on cylindrospermopsin producing Aphanizomenon flos-aquae (Cyanobacteria) isolated from two German lakes: Toxicon 47 (2006) 156-162 (doi:10.1016/j.toxicon.2005.10.013
Distribution of three alien cyanobacterial species (Nostocales) in northeast Germany: Cylindrospermopsis raciborskii, Anabaena bergii and Aphanizomenon aphanizomenoides: Phycologica (2006) Volume 45 (6), 696-703
Occurence of the Cyanobacterial Toxin Cylindrospermopsin in Northeast Germany: Enviromental Toxicology DOI 10.1002/tox.20230
Das Umweltbundesamt hat auf seiner Homepage www.umweltbundesamt.de Informationen über toxische Cyanobakterien auf Deutsch zusammen gestellt. Unter der Rubrik Trinkwasser gibt es im CyanoCenter UBA-Empfehlungen zum Schutz von Badenden vor Cyanobakterientoxinen. Außerdem hat das UBA auf der Seite www.pepcy.de Ergebnisse (auf Englisch) eines Forschungsprojektes "Toxic and Bioactive Peptides in Cyanobateria" sowie Flyer für Ärzte und Kommunen veröffentlicht.
Die WHO-Richtlinie über Trinkwasserqualität mit einem extra Kapitel über Cyanobakterien finden Sie unter www.who.int
Die Dissertation von Dr. Höger kann eingesehen werden unter http://w3.ub.uni-konstanz.de/v13/volltexte/2003/1071//pdf/sjhoeger_thesis.pdf

VLE; Foto: Feldberger Seenlandschaft, roRo