Microcystis aeruginosaの3つの系統の成長、代謝活性および膜の完全性に及ぼすHOの影響

Effects of HO on growth, metabolic activity and membrane integrity in three strains of Microcystis aeruginosa.

• Su Chern Foo
• Ian J Chapman
• David M Hartnell
• Andrew D Turner
• Daniel J Franklin

抄録

ミクロシスティス菌のブルームを抑制するための管理ツールとしての過酸化水素（HO）の適用は、その寿命の短さと標的を絞った作用により、ますます普及してきています。HOは細胞内の活性酸素を増加させ、酸化ストレスとその後の細胞死を引き起こします。HOは、溶解した有機炭素と太陽光との光触媒反応の結果として淡水域で自然に生成されます。これまでの研究では、この環境中に存在するHOは、ミクロシスティス属のシアノバクテリアの毒素を選択的にターゲットにしていることが示唆されています。また、過去の研究では、成長、エステラーゼ活性および膜の完全性に対する異なる HO 濃度の影響について利用可能な情報はほとんどなく、ミクロシスティスにおける HO 誘導細胞死の形態学的および生化学的変化にのみ焦点を当てていました。そこで本研究では、非致死量（40-4000nM）のHO濃度が細胞死の割合に及ぼす影響を調査しました。非致死量実験は予備研究の一部でした。結果は、HO処理後のすべての3つのMicrocystis株で用量と時間依存性の関係を示した。HOは、細胞内活性酸素種の有意な増加、クロロフィルa含有量の減少、成長速度とエステラーゼ活性の低下をもたらした。興味深いことに、亜致死量（50μM HO処理）では、72時間後の死細胞の割合は、非ミクロシスチン産生株よりもミクロシスチン産生株の方が有意に高かった（p<0.05）。これらの調査結果は、さらに、ミクロシスティスの異なる株と膜の完全性と代謝生理学への影響にHOの影響の私たちの理解を固める：将来の毒性ブルーム制御プログラムに重要です。

The application of hydrogen peroxide (HO) as a management tool to control Microcystis blooms has become increasingly popular due to its short lifetime and targeted action. HO increases intracellular reactive oxygen species resulting in oxidative stress and subsequently cell death. HO is naturally produced in freshwater bodies as a result of photocatalytic reactions between dissolved organic carbon and sunlight. Previously, some studies have suggested that this environmental source of HO selectively targets for toxigenic cyanobacteria strains in the genus Microcystis. Also, past studies only focused on the morphological and biochemical changes of HO-induced cell death in Microcystis with little information available on the effects of different HO concentrations on growth, esterase activity and membrane integrity. Therefore, this study investigated the effects of non-lethal (40-4000 nM) concentrations on percentage cell death; with a focus on sub-lethal (50 μM) and lethal (275 μM; 500 μM) doses of HO on growth, cells showing esterase activity and membrane integrity. The non-lethal dose experiment was part of a preliminary study. Results showed a dose- and time-dependent relationship in all three Microcystis strains post HO treatment. HO resulted in a significant increase in intracellular reactive oxygen species, decreased chlorophyll a content, decreased growth rate and esterase activity. Interestingly, at sub-lethal (50 μM HO treatment), percentage of dead cells in microcystin-producing strains was significantly higher (p < 0.05) than that in non-microcystin-producing strains at 72 h. These findings further cement our understanding of the influence of HO on different strains of Microcystis and its impact on membrane integrity and metabolic physiology: important to future toxic bloom control programmes.