Application of Biotests in Cyanobacterial Extract Toxicity Assessment

The aim of the study was to determine the toxicity of the extract obtained from the cyanobacterial cells derived from the waters of Zemborzycki dam reservoir with use of a battery of biotests. The taxonomic identification of the bloom-forming cyanobacteria revealed high abundance of Aphanizomenon flos-aquae and Dolichospermum spp. (Anabaena spp.) and in a lower degree of Microcystis aeruginosa and Planktothrix agardhii. In the extract obtained from concentrated cyanobacterial cells, hepatotoxin microcystin-LR at a concentration of 22.89 ± 3.74 μg/L and neurotoxin Antx-a at 13.02 ± 0.01 μg/L have been detected. Toxicity of the extract was evaluated with the following assays: Daphtoxkit F magna with the crustacean Daphnia magna, Thamnotoxkit F with the crustacean Thamnocephalus platyurus, Rotoxkit F with the rotifer Brachionus calyciflorus and Protoxkit F with ciliate Tetrahymena thermophila. The most sensitive organism among all studied was T. platyurus for which EC₅₀ was estimated to be 1.2% of the initial extract concentration. On the basis of the highest obtained value of the toxicity unit (TU = 83) the studied sample was classified to the IV class, which is of high acute toxicity. Additionally, it was found that reactivity on cyanobacterial products differs greatly among organisms used in bioassays, which indicate the need for using a set of biotests.

Celem pracy była ocena toksyczności ekstraktu uzyskanego z komórek cyjanobakterii obecnych w wodzie pobranej podczas zakwitu sinic z Zalewu Zemborzyckiego, z wykorzystaniem zestawu biotestów. Identyfikacja taksonomiczna wykazała w badanej próbce wysoką liczebność Aphanizomenon fl os-aquae i Dolichospermum spp. (Anabaena spp.) oraz w mniejszym stopniu Microcystis aeruginosa i Planktothrix agardhii. Analiza HPLC ekstraktu uzyskanego z zagęszczonych komórek cyjanobakterii wykazała obecność mikrocystyny-LR w stężeniu 22,89 μg/L oraz anatoksyny-a w stężeniu 13.02 μg/L. Stopień toksyczności uzyskanego ekstraktu oceniano na podstawie reakcji organizmów testowych, z użyciem następujących biotestów: Daphtoxkit F magna (Daphnia magna), Thamnotoxkit F (Thamnocephalus platyurus), Rotoxkit F (Brachionus calyciflorus) oraz Protoxkit F (Tetrahymena thermophila) (Microbiotests Inc., Belgia). Przeprowadzone badania wykazały szczególnie silne działanie toksyczne analizowanego ekstraktu wobec T. platyurus (24hEC₅₀ oszacowane na 1,2% ekstraktu wyjściowego). Wyraźny efekt toksyczny obserwowany był także wobec B. calyciflorus i w mniejszym stopniu wobec T. thermophila. Natomiast największą odporność na toksyczne działanie ekstraktu wykazywała D. magna. Na podstawie uzyskanych wartości TU (jednostek toksyczności) badany ekstrakt zaliczony został do IV klasy toksyczności, tj. o wysokiej toksyczności ostrej. Z przeprowadzonych badań wynika, że organizmy na których wykonywane są testy toksyczności wykazują zróżnicowaną wrażliwość na produkty cyjanobakterii, stąd ocena toksyczności próbek zawierających tego typu substancje powinna być prowadzona z wykorzystaniem jak najszerszego zestawu biotestów.