Nye genetiske metoder for en mer effektiv overvåkning av giftproduserende cyanobakterier Sigrid Haande, NIVA Fagtreff i Vannforeningen, 11.05.2009 25. mai 2009 1
Innhold Toksinproduserende cyanobakterier Metoder for identifisering av toksinproduserende cyanobakterier Genetiske metoder Eksempel: Vansjø Oppsummering 25. mai 2009 2
Toksinproduserende cyanobakterier 25. mai 2009 3
Toksinproduserende cyanobakterier Er en naturlig del av livet i ferskvann Finnes i nesten alle norske innsjøer Kan finnes i plankton eller på bunnen av innsjøer 20-30 arter er kjent Er ekstra konkurransedyktige og fortrenger ofte andre typer alger Kan danne kraftige oppblomstringer Flere arter kan produsere toksiner (microcystin) 25. mai 2009 4
25. mai 2009 5
2007 2008 Microcystis Anabaena Aphanizomenon 25. mai 2009 6
Steinsfjorden 25. mai 2009 7
Lille Lungegårdsvann 25. mai 2009 8
Toksinproduserende cyanobakterier Fytoplanktonsammensetning MILJØFAKTORER Sammensetning av kloner Konsentrasjon av toksin 25. mai 2009 9
Metoder for identifisering av toksinproduserende cyanobakterier 25. mai 2009 10
Mikroskopi Vannprøve undersøkes i mikroskop - Kan se om det er cyanobakterier tilstede - Kan bestemme slekter/arter Kan ikke avgjøre om det er toksinproduserende arter! De fleste toksinproduserende artene består av toksinproduserende og ikke-toksinproduserende stammer 25. mai 2009 11
Kjemisk analyse av toksiner ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) HPLC, LC/MS, MALDI-TOF - toksinproduksjon (-/+) Kan ikke identifisere hvilke arter som står for toksinproduksjonen a) NIVA-CYA 746 (18.211) 100 % 524.5529.4 579.3 615.1 629.2 653.1 675.2 700.9 717.0 764.4 773.2 811.9 85 0 b) NIVA-CYA 477 (35.427) 533.3 100 595.3 804.3 529.6 551.2 583.3 613.2 645.6 718.4 695.0 701.0 % 746.2 83 779.9 0 c) NIVA-CYA 475 (32.095) 643.3 100 595.3 % 559.8 513.1 545.8 0 d) NIVA-CYA 478 (12.040) 100 613.2 625.3 617.3 644.3 645.3 675.1 715.0 754.0 817.2 756.7 83 % 618.4 25. mai 2009 12 595.3 619.4 500.3 545.9 568.4 656.3 677.2 790.5 715.1 754.0 774.9 83
Genetiske metoder DNA baserte teknikker (PCR) Kan identifisere arter og hvilke arter som står for toksinproduksjonen 25. mai 2009 13
Genetiske metoder for påvisning av toksinproduserende cyanobakterier 25. mai 2009 14
DNA DNA (Deoksyribonukleinsyre) Molekyl som bærer den genetiske informasjonen i cellene (gener) Byggesteiner: - Sukker (Deoksyribose) - Baser (Adenin - Thymin, Cytocin - Guanin) - Fosfat Enheten Sukker-Base-Fosfat kalles nukleotider DNA-molekylene består at to nukleotidekjeder tvunnet om hverandre i en dobbeltheliks De to trådene er komplementære 25. mai 2009 15
Microcystin gen cluster Gen cluster bestående av mange gener koder for produksjonen av microcystin Dette er forskjellig hos de ulike artene som produserer microcystin Kan skille microcystinprodusenter genetisk 25. mai 2009 16
PCR PCR (Polymerase chain reaction) - En metode for å amplifisere (lage mange kopier av) en bestemt DNA sekvens (Gen/-sekvens) Primere - Korte, syntetiske fragmenter av DNA som brukes til å indusere syntese av DNA i PCR Enzym (DNA polymerase) Nukleotider PCR maskin som justerer temperatur automatisk 25. mai 2009 17
PCR DNA (dobbel tråd) 1 Denaturering (95 C) 2 Hybridisering (55 C) n sykluser 3 Polymerisering (72 C) 25. mai 2009 18
Forskjellige typer PCR PCR (kvalitativ) Real time PCR (kvantitativ) 25. mai 2009 19
Eksempel: VANSJØ 25. mai 2009 20
VANSJØ 25. mai 2009 21
Vanemfjorden Cyanophyceae (Blågrønnalger) Achroonema sp. Anabaena cf. planctonica Anabaena planctonica Anabaena sp. Anabaena sp. (coil) Anabaena sp. (inc. plankt.) Aphanizomenon flos-aquae Aphanizomenon sp. Aphanocapsa sp. Aphanothece sp. Chroococcus sp. Jaaginema sp. Microcystis aeruginosa Microcystis sp. Microcystis viridis Microcystis wesenberghii Planktolyngbya sp. Planktothrix agardhii Planktothrix cf. Rubescens Planktothrix prolifica Planktothrix rubescens Planktothrix sp. Pseudanabaena sp. Snowella lacustris Snowella sp. Woronichinia compacta Woronichinia naegeliana Sum - Blågrønnalger 25. mai 2009 22
Microcystin (µg/l) 13.10.2008 29.09.2008 15.09.2008 01.09.2008 18.08.2008 21.07.2008 Biomasse (mm3/m3) Vanemfjorden 2.0 1.5 200 150 Microystin 1.0 100 Microcystis 0.5 50 Planktothrix 0.0 0 25. mai 2009 23
Real-time PCR Planktothrix sp. - 23S primer/probe - McyA primer/probe Microcystis aeruginosa - 23S primer/probe - McyB primer/probe 25. mai 2009 24
Microcystin (µg/l) 13.10.2008 29.09.2008 15.09.2008 01.09.2008 18.08.2008 21.07.2008 Biomasse (mm3/m3) Planktothrix sp. 2.0 1.5 200 150 Microystin 1.0 100 Microcystis 0.5 50 Planktothrix 0.0 0 25. mai 2009 25
Microcystin (µg/l) 13.10.2008 29.09.2008 15.09.2008 01.09.2008 18.08.2008 21.07.2008 Biomasse (mm3/m3) Microcystis aeruginosa 2.0 1.5 200 150 Microystin 1.0 100 Microcystis 0.5 50 Planktothrix 0.0 0 25. mai 2009 26
Oppsummering 25. mai 2009 27
25. mai 2009 28
Oppsummering PCR-baserte metoder har høy sensitivitet Kan detektere toksiske genotyper før en oppblomstring eventuelt finner sted Vannforekomster som har høy risiko for toksiske oppblomstringer kan overvåkes og identifiseres tidlig i vekstsesongen Kan settes i sammenheng med gjeldende mijløfaktorer som potensielt vil kunne påvirke fremvekst og dominans av toksiske genotyper 25. mai 2009 29