Odra

Prymnesium parvum zwany powszechnie „złotą algą”, mimo kilkudziesięciu lat badań, wciąż jest słabo poznany przez świat nauki. Badania prowadzane przez zespół profesor Mazur-Marzec rzucają więcej światła na charakter tego mikroorganizmu, którego długość nie przekracza 0,016 milimetra. Ten inwazyjny gatunek występuje w wodach morskich i śródlądowych. Produkuje zabójczą dla ryb ichtiotoksynę - prymnezynę i jest odpowiedzialny za śnięcia ryb nie tylko w Polsce, ale też w Wielkiej Brytanii, Danii, Węgrzech, w Australii, USA czy Chinach. Zespół prof. Grzegorza Węgrzyna z Uniwersytetu Gdańskiego, jako pierwszy w Europie zsekwencjonował genom Prymnesium parvum.

Zanim przejdziemy do badań, które Pani przeprowadziła, proszę powiedzieć – jaki jest mechanizm działania „złotej algi”? Kiedy wypuszcza ona zabójczą toksynę?

Mechanizm działania ichtiotoksycznych zabójczych dla ryb prymnezyn polega na niszczeniu komórek skrzeli. Ich uszkodzenie skutkuje uduszeniem się ryby. Efekty działania prymnezyn są jednak bardzo różnorodne, stąd też niejasne jest to, dlaczego stopień śmiertelności ryb nie zawsze jest proporcjonalny do stężenia toksyn w środowisku. Należy zaznaczyć, że sama obecność toksyn „złotej algi” w środowisku oznacza zwiększone ryzyko śnięcia ryb. Ryzyko to ulega nasileniu w określonych warunkach środowiska. Obok zwiększonej liczebności komórek Prymnesium parvum istotnymi czynnikami jest podwyższone pH (zasadowość wody), zwiększone zasolenie czy intensywne nasłonecznienie.

Czym różni się odrzańska populacja „złotej algi” od populacji Prymnesium parvum występujących na świecie?

Na podstawie badań molekularnych określono, uwzględniając specyficzne markery genetyczne i chemiczne, że mamy do czynienia z trzema populacjami Prymnesium parvum (A, B i C), które istotnie się od siebie różnią. Odmienne są m.in. rozmiary ich genomów, struktura i siła toksycznego działania produkowanych prymnezyn czy warunki optymalne dla ich rozwoju. Możliwe, że pierwotnie każdy z tych trzech typów Prymnesium parvum występował w różnych rejonach geograficznych. Z biegiem czasu nastąpiło ich „wymieszanie” na różnych kontynentach, na przykład poprzez transport w wodach balastowych statków lub w procesie zarybiania. To jest oczywiście hipoteza do weryfikacji. Na podstawie badań chemicznych i genetycznych udało nam się określić, że „odrzańska” populacja należy do tzw. Typu B, który jednak zawiera wiele podtypów, jeśli chodzi o produkowane toksyny.

Pani Profesor, w jakim celu prowadzone są badania nad „złotą algą”?

Oczywiście, żeby zwalczyć organizm, musimy poznać jego specyfikę. Możemy prowadzić badania środowiskowe na podstawie obserwacji, ale te nie mogą ograniczyć się do jednego sezonu, bo może to być sezon pod pewnymi względami wyjątkowy i obserwacje będą niemiarodajne. Nasze badania w Uniwersytecie Gdańskim, ze względu na oddalenie od miejsc występowania „złotej algi”, ograniczamy do badań w warunkach laboratoryjnych. Dzięki takiemu podejściu możemy skupić się na dogłębnym zbadaniu zależności pomiędzy przyczyną a skutkiem. Interesuje nas nie tylko to, jakie czynniki sprawiają, że „złota alga” rozwija się w określonych zbiornikach wodnych w Polsce. Badamy także toksyczność tego organizmu. Gdy pierwszy raz zetknęłam się z problemem „złotej algi”, zaskoczył mnie fakt, że pomimo globalnej skali tego problemu, wiedza naukowa na temat tego organizmu jest dość ograniczona. Być może wynika to z kwestii różnorodności subpopulacji glonu, bo informacje w literaturze naukowej cechują się dużą rozbieżnością.

W naszych badaniach skupiamy się przede wszystkim na czynnikach powodujących produkcję prymnezyn – toksyn wytwarzanych przez Prymnesium parvum. Nie jest to proste, bo samo działanie tych toksyn jest dość różnorodne. Ta różnorodność może wskazywać, że nie mamy do czynienia z jednym konkretnym związkiem, lecz z różnymi związkami, których działanie jest dodatkowo modyfikowane warunkami środowiskowymi.

Jak Pani badania pomogą w walce ze „złotą algą”?

No właśnie – ta walka wydaje się być nierówna; po pierwsze dlatego, że nasze doświadczenie co do organizmu Prymnesium parvum, zwanego potocznie „złotą algą”, ogranicza się w zasadzie do roku. Wcześniej nikt by nie pomyślał, że będziemy się mierzyć się z takim problemem. Wydaje się jednak, że stopniowo nadrabiamy ten brak doświadczenia. Udało nam się uzyskać kilka naprawdę ciekawych wyników, niektóre zagraniczne laboratoria, ze znacznie większym stażem badań nad Prymnesium parvum, zwracają się do nas z prośbą o współpracę. Ważnym naszym osiągnięciem była izolacja toksyn, co pozwala nam obecnie określać ich stężenie w próbkach środowiskowych – związki te nie są komercyjnie dostępne. Druga kwestia, która utrudnia walkę ze „złotą algą”, to… oportunistyczny charakter samego organizmu. Mam na myśli jego zdolność do przeżycia w bardzo różnych warunkach: występuje w środowisku morskim, ale też w stawach rybnych, gdzie woda nie jest zasolona. Widzimy to na przykładzie „złotej algi” z naszych wód – organizm ten zadomowił się w kanałach i starorzeczach, gdzie są odmienne warunki, jest w stanie przeżyć zimę, a w lecie rozwija się jeszcze szybciej.

Sam organizm jest też bardzo różnorodny – Prymnesium parvum to dla nas jeden organizm, ale w gruncie rzeczy jest to zbiór wielu subpopulacji o specyficznych i odmiennych właściwościach na płaszczyźnie rozwoju, preferencji środowiskowych i zdolności do produkcji toksyn. Co gorsza, nic nie stoi na przeszkodzie, by na terenie jednego akwenu występowało wiele subpopulacji tego samego gatunku i taka sytuacja często ma miejsce. Mam nadzieję, że kolekcja różnych szczepów „złotej algi”, którą udało nam się założyć, pozwoli lepiej poznać ten organizm.

Mam też nadzieję, że badania prowadzone na Uniwersytecie Gdańskim, we współpracy z innymi jednostkami w naszym kraju, ale również konsultacje międzynarodowe, w których na co dzień uczestniczę, pozwolą na bardziej dogłębne poznanie tego glonu.

Dziękuję za rozmowę.

Prof. dr hab. Hanna Mazur-Marzec, czł. koresp. PAN, pracuje na Wydziale Oceanografii i Geografii Uniwersytetu Gdańskiego, jest kierownikiem Katedry Biologii Morza i Biotechnologii. Jest absolwentką Wydziału Chemii Uniwersytetu Gdańskiego. W międzynarodowym środowisku naukowym Prof. Mazur-Marzec jest uznaną ekspertką w zakresie produktów naturalnych pochodzenia morskiego oraz spektrometrii mas. Jest członkiem Komitetu Redakcyjnego czasopisma Marine Drugs (MDPI) oraz Oceanologia (Elsevier). Od wielu lat, jej główne zainteresowania naukowe koncentrują się wokół peptydów produkowanych przez cyjanobakterie oraz możliwości ich wykorzystania jako farmaceutyków.

Prof. dr hab. Hanna Mazur-Marzec jest autorką 87 oryginalnych prac naukowych w czasopismach z bazy JCR oraz 5 rozdziałów w książkach wydawnictw międzynarodowych (Wiley, Elsevier). Wygłosiła ponad 100 wykładów, w tym 30 wykładów na zaproszenie, odbyła wielokrotnie zagraniczne staże naukowe, m.in. na Uniwersytecie w Padwie, Abo Akademi University – Turku w Finlandii, Robert Gordon University w Aberdeen, Wageningen University.

W toku prac badawczych nad „złotą algą” analizy wykonane na Uniwersytecie Gdańskim stanowią pierwszy opis cech genotypowych i chemotypowych haptofitu Prymnesium parvum tworzącego toksyczne zakwity w Odrze. Badania wykazały zdolność tego organizmu do produkcji ichtiotoksyn z grupy prymnezyn. Określenie pełnej sekwencji genomu Prymnesium parvum wyizolowanego z Odry stanowi pierwszy w Europie i prawdopodobnie drugi na świecie przykład złożenia pełnej sekwencji nukleotydowej DNA tego organizmu.