Blågrønalgetoksiner i bade- og drikkevand

Sammenfatning

I mange af de søer, vi i Danmark bruger til badning og andre rekreative formål samt som drikkevandsreservoirer, er fytoplanktonsamfundet i kortere eller længere perioder domineret af blågrønalger. Blågrønalger kan danne giftstoffer (toksiner), som ved indtagelse medfører f.eks. hovedpine, opkastninger og mavekramper. I værste tilfælde kan toksinerne have en dødelig effekt. Inden for de seneste år er det vist, at ud over de akutte toksiske effekter kan nogle blågrønalgetoksiner (levertoksinerne) virke cancer-fremmende eller direkte carcinogene.

Blågrønalger danner 4 forskellige toksintyper: levertoksiner, nervetoksiner, endotoksiner og cytotoksiner. De mest udbredte levertoksiner er microcystiner, der er derivater af et heptapeptid med forskellig kombination af aminosyrer. I dag kendes over 50 derivater af microcystin. Derudover findes i Danmark levertoksinet nodularin, der kendes fra den marine art Nodularia spumigena. Microcystiner og nodularin hæmmer proteinfosfatase 1 og 2A i cellerne. Hos pattedyr optages toksinerne i leveren, hvor de nedbryder celleskelettet og medfører indre forblødninger.

Det mest kendte nervetoksin hos blågrønalger er anatoxin-a. Desuden er anatoxin-varianten homoanatoxin-a, PSP-toksiner og anatoxin-a(s) fundet hos få arter og få steder i verden. Der kendes i alt 18 PSP-toksiner, der alle er derivater af tetrahydropurin. Nervetoksinernes virkemåde er forskellig, men fælles for toksinerne er, at de forstyrrer overførslen af impulser fra nerve- til muskelceller, og at de medfører lammelse af musklerne og herunder åndedrætsorganerne.

Forekomsten af endotoksiner og cytotoksiner hos blågrønalger er dårligt kendt. Endotoksinerne er lipopolysaccharider (LPS), der har stor lighed med tilsvarende toksiner fra andre bakterier både m.h.t. kemi og effekt. Toksinerne menes bl.a. at have været årsag til influenza-lignende symptomer hos mennesker i Sverige og Finland.

Blågrønalgetoksiner detekteres med uspecifikke bioassays, med mere eller mindre specifikke enzym-assays og ved kemisk analyse. Musetest er det autoriserede uspecifikke bioassay, hvortil der er beskrevet internationale standarder for udførelsen. Testens fordel er, at den giver et udtryk for den totale toksicitet overfor pattedyr. Musetesten kan give en ide om, hvorvidt der er tale om levertoksiner eller nervetoksiner. Andre uspecifikke bioassays samt enzym-assays er udviklet gennem de seneste år. Bedst udviklet og testet er ELISA-kits (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay) til microcystiner og PSP-toksiner, samt proteinfosfatase-inhiberingsassay, der kan bruges til kvantificering af microcystiner og nodularin. Til kemisk detektion af specifikke toksiner er HPLC (højtryksvæskekromatografi) den mest udbredte metode. Antallet af kommercielt tilgængelige standarder er steget kraftigt i gennem de seneste år, og det er nu muligt at detektere en lang række toksiner med HPLC. Detektionsgrænserne for HPLC-analyser er mindre end for musetest, men der skal gennemføres mange analyser for at dække alle potentielt forekommende toksiner. Der arbejdes i dag flere steder på at øge automatiseringen af HPLC-analyser.

I Danmark er der ingen dokumenterede tilfælde, hvor mennesker er blevet syge ved kontakt med toksinproducerende blågrønalger. Om dette er reelt, eller om det skyldes manglende opmærksomhed, eventuelt forbundet med at symptomerne let kan forveksles med bakterie/virus infektioner, vides ikke. Toksiske effekter på husdyr og vilde dyr observeres jævnligt. I forbindelse med en stor opblomstring af Nodularia spumigena i vores kystvande i 1975 døde hunde, der havde drukket af vandet, da de badede. Ved Arresø er kalvekastninger hos kvæg, der bruger søen til drikkevand, sat i forbindelse med en blågrønalgeopblomstring i 1985. Siden 1981 har der været gentagne rapporter om døde fugle, hunde og fisk under opblomstringer af Anabaena flos-aquae/ lemmermannii i Knud Sø.

Med denne undersøgelse er der for første gang frembragt en oversigt over udbredelsen af toksinproducerende blågrønalger i danske søer, samt over hvilke toksiner algerne producerer. Ved en screening i 1994 blev 102 prøver fra 96 søer i Jylland og på Fyn og Sjælland testet for toksicitet med musetest, og der blev analyseret for følgende toksiner med HPLC: microcystiner, anatoxin-a og PSP-toksiner. Ud af de 96 søer var 89 toksiske, og heraf var 59 søer levertoksiske, 14 nervetoksiske, mens prøver fra 21 søer gav en såkaldt "protracted" (langtrukken) respons i musetesten. Hvilke(t) toksin(er) der er årsag til denne reaktion hos mus vides ikke. I 13% af prøverne blev der påvist flere typer af toksiner i samme prøve. Mønsteret var identisk i de 3 landsdele. De dominerende slægter i de levertoksiske prøver var Microcystis, Planktothrix, Anabaena og Aphanizomenon. I de nervetoksiske var Anabaena lemmermannii meget almindelig.

Koncentrationen af microcystin varierede fra 10 til 1695 µg microcystin pr. g tørstof med <500 µg pr. g tørstof i 80% af de levertoksiske prøver. Nervetoksinet anatoxin-a blev ikke fundet i nogen søer. De nervetoksiske PSP-toksiner blev påvist i 11 søer (11% af prøverne). Koncentrationerne lå fra 4 til 160 µg STX-ækvivalenter pr. g tørstof med <40 µg STX-ækvivalenter pr. g tørstof i 82% af de PSP-toksiske prøver. Ved musetesten blev der konstateret nervetoksisk respons i prøver fra yderligere 3 søer uden at det var muligt at påvise anatoxin-a eller PSP-toksiner. Musenes reaktion samt efterfølgende analyser viste, at prøverne indeholdt nervetoksinet anatoxin-a(s). Anatoxin-a(s) er ellers kun kendt fra Canada/USA. PSP-toksiner hos blågrønalger er hidtil kun rapporteret fra New Hampshire, USA og fra Darling-flodsystemet i Australien.

Screeningsundersøgelsen gav enkelte eksempler på at den rumlige og tidslige variation i toksiciteten kan være stor. Fra maj til september 1995 blev den sæsonmæssige variation i forekomsten af blågrønalger og toksiner i badevandssøen Bryrup Langsø undersøgt. Gennem sommeren steg såvel den absolutte biomasse af blågrønalger, den relative betydning af disse alger og toksinindholdet i algerne. Microcystin-indholdet steg i løbet af 14 dage (9. til 23. august) til det femdobbelte, og var i slutningen af august, hvor blågrønalgerne udgjorde ca. 50% af biomassen, 737 µg microcystin pr. g tørstof. Blågrønalgesamfundet var hele sommeren domineret af Microcystis aeruginosa og Woronichinia naegeliana.

Ved en tilsvarende undersøgelse i Ravn Sø i 1995 kunne der ikke påvises toksiner hverken ved musetest eller HPLC. Blågrønalgesamfundet var domineret af Anabaena lemmermannii, som tidligere har produceret nervetoksinet anatoxin-a(s) i søen, og Woronichinia naegeliana, men biomassen var hele sommeren lav.

Overfladevand er i store dele af verden den væsentligste drikkevandsressource, og brug af vand med blågrønalgeopblomstringer har medført epidemier af f.eks. mave-tarm katar. I Kina er blågrønalger i drikkevand sandsynligvis årsag til øget frekvens af lever-cancer i nogle befolkningsgrupper. I Danmark indvindes drikkevand stadig hovedsageligt fra grundvand. To vandværker i hovedstadsområdet, Sjælsø vandværk ved Sjælsø og Regnemark vandværk ved Haraldsted Sø, bruger i dag overfladevand fra søer (ca. 4-18% af totale forsyning i perioden 1995-97). Overfladevandet udgør dog aldrig mere end 50% af det vand, der når ud til forbrugerne.

Denne undersøgelse viste, at blågrønalger er meget almindelige i vandforsyningssøerne for begge vandværker, og at algerne specielt i sommer og efterårsmånederne danner microcystiner. Test af rensningprocessernes effektivitet viste, at de anvendte filtrerings- og sedimentationsprocedurer tilbageholder det partikulære algemateriale og dermed de toksiner, der findes inden i algerne. På Regnemark vandværk fjernedes toksinholdige alger i flokkulering/sedimentationsprocessen. Da der i undersøgelsesperioden ikke blev detekteret frie toksiner i råvandet til vandværket, var det ikke muligt at vurdere, om vandrensningsprocessen fjerner frie microcystiner fra vandet. Australske laboratorieforsøg har dog vist, at behandling med klor i de koncentrationer, der anvendes på Regnemark vandværk, vil kunne fjerne 95-100% af frie microcystiner i vandet. Forsøg på et pilotanlæg på Sjælsø vandværk viste, at selv høje koncentrationer af opløste toksiner fjernes ved en behandling med ozon og aktive kulfiltre, som benyttes i vandværkets vandrensningsproces. I ingen af de to vandværker blev der detekteret toksiner i det færdigbehandlede overfladevand.

Blågrønalgeopblomstringer forekommer hyppigst i sommer og efterårsmånederne. På basis af data fra en lang række danske søer er miljøvilkårene i de søer, hvor der optræder massive blågrønalgeopblomstringer, undersøgt. Høje vandtemperaturer fremmer generelt forekomsten og dominansen af blågrønalger. Koncentrationen af totalfosfor (TP) er en anden betydende faktor, og der er en tydelig korrelation mellem TP og mængden samt den relative betydning af blågrønalger. I lavvandede søer begynder massiv dominans af blågrønalger når sommergennemsnittet i TP-koncentrationer bliver større end 0,1 mg P pr. liter. Ved høje koncentrationer (over 0,5 mg TP pr. liter) falder betydningen af blågrønalger igen. I dybe søer begynder dominansen af blågrønalger allerede ved TP-koncentrationer på ca. 0,01 mg P pr. liter, og dominansen reduceres ikke igen ved de højeste koncentrationer. Betydningen af lave kvælstofkoncentrationer og betydningen af rolige vindforhold er usikker, men det kan konkluderes, at effekten af disse to faktorer er mindre end effekterne af fosfor og vandtemperatur.

De potentielt giftige slægters og arters udbredelsesmønstre varierer indbyrdes, og resultaterne viser, at analyser af disse udbredelsesmønstre vil kunne øge den generelle forståelse af blågrønalgernes økologi i de danske søer og specifikt vil kunne medvirke til en bedre forståelse af, hvornår de potentielt giftige slægter og arter forekommer. Denne type analyser er dog endnu ikke særlig godt underbygget rent metodisk, men der er et klart potentiale for forbedret viden.

Afslutningsvis skal der opfordres til, at det overvejes, om en ny vejledning for recipienttilsynet med søer skal omfatte særskilte undersøgelser for søer, der bruges til (drikkevand og) badning, eller om overvågningen af forekomsten af toksiske blågrønalger kan rummes indenfor de eksisterende tilsynsprogrammer.