The occurrence of toxic cyanobacterial blooms has been reported worldwide and poses a threat to human health through drinking water exposure. The toxins they produce are highly water soluble and can leach into the water body. To eliminate any risk of drinking water exposure, removal of these toxins is essential before the water is consumed. Conventional water treatment techniques such as chlorination, if managed well, can be effectively used to remove some of these toxins, however, saxitoxin and its derivatives pose a problem. Little toxicological data are available to evaluate the real threat of these toxins.
The occurrence of toxic cyanobacterial blooms has been reported worldwide and pose a threat to human health through drinking water exposure. The toxins they produced are highly water soluble and can leach into the water body. To eliminate any risk of drinking water exposure, removal of these toxins is essential before the water is consumed. Conventional water treatment techniques such as chlorination, if managed well, can be effectively used to remove some of these toxins, however, saxitoxin and derivatives pose a problem. Little toxicological data are available to evaluate the real threat of these toxins.
남조류 독소인 마이크로시틴은 호수에서 매우 미량 존재하기 때문에 이를 정확히 정량 분석하기가 쉽지 않다. 본 연구에서는 소양호에서 채취한 물시료 중에 포함된 남조류 독소, 마이크로시틴을 정량 분석하기 위하여 두 가지 서로 다른 정량 분석법을 시도하였으며 이 둘의 정량 결과를 비교${\cdot}$분석 하였다. 첫째는 고체상 추출과 HPLC(High Performance Liquid Chromatography)를 이용한 분석법을 이용하였으며 둘째는 마이크로시틴의 단일클론항체를 이용한 효소면역흡착분석법(Enzyme-Linked Immunosorbent Assay,ELISA)을 이용하였다.
Environmental biosensors and related techniques for monitoring organochlorines, endocrine disrupting chemicals and cyanobacterial toxins are described. The practical requirements for an ideal environmental biosensor are analyzed. Specific case studies for environmental applications are reported for triazines, chlorinated phenols, PCBs, microcystins, and endocrine disrupting chemicals. A new promising approach is reported for microcystins and alkylphenols that utilize electrooptical detection.
남조류 독소인 마이크로시스틴은 여름철 우리나라 여러 호수들에 존재하여 물고기와 가축 그리고 인간에게 강한 독성을 나타내는 독소이다. 본 논문에서는 이러한 수중 남조류 독소, 마이크로시스틴을 정량분석하는 두가지 방법, 즉 고성능 액체크로마토그래피(HPLC) 분석법과 최근 우리 실험실에서 개발한 스트립분석법의 비교를 시도하였다. 두 분석법의 측정가능농도범위가 많이 달라 HPLC 법으로 먼저 측정한 후 시료를 물로 희석시켜 스트립분석법에 적용하였다. 서로 다른 농도의 마이크로시스틴을 함유한 7가지 물시료들을 사용하여 HPLC분석법과 스트립 분석법으로 남조류 독소 총량을 측정하였다. 그 결과 두 분석법의 정량측정결과가 매우 잘 일치하는 것을 볼 수 있었다. 두 분석법의 상관분석 결과 r 값은 0.99998 이었으며 통계적인 유의성을 나타내는 p 값은 0.00001 이었다.
남조류 물꽃현상이 나타나는 일본의 Suwa호에서 방류수를 통해 하류하천 (Tenryu강과 Nishitenryu 수로)으로 유출된 남조류세포와 남조류 독소 (microcystin-LR,-RR, YR)의 유하과정에서의 변동을 1998년 5월부터 10 월까지 조사하였다. 하천 내 모든 지점에서 식물플랑크톤 종조성은 상류의 호수와 일치하였다. 6월과 7월에 우점한 남조류는 M. ichthyoblabe였고, 8월부터 증가한 M. viridis는 10월까지 우점종이었다. Microcystin은 남조류의 현존량이 증가한 7월부터 검출되기 시작하여 남조류 세포밀도의 계절변동에 따라 농도가 변동하였으며, 3종류 microcystin의 조성변화는 남조류 종조성과 관련이 있었다. Microcystis. ichthyoblabe가 우점한 7월에는 MC-RR과 -LR만이 검출된 반면, M. viridis가 우점한 8월 부터 10월까지는 3종류의 microcystin이 모두 검출 되었다. Microcystin은 호수로부터 32 km 떨어진 하류지점에서도 3.2${\sim}$0.3 ${\mu}$g/l의 농도로 검출되었다. Tenryu강 지점 2와 지점 5사이의 29 km 구간 (유하시간 11시간)에서 세포밀도와 microcystin 농도의 감소율은 각각 73%, 72%이었고, 희석에 의한 세포밀도와 microcystin 농도의 감소율이 각각 61%와 57%로서 감소요인의 대부분을 차지하였다. 인공수로에서는 자연하천보다 남조류 세포와 독소의 제거율이 더 낮았다. 이러한 결과들은 남조류가 번성한 부영양호의 하류하천에서는 먼 거리까지 남조류의 독소가 전달되어 공중보건에 위해성을 줄 수 있음을 보여 주고 있다.
남조류 독성물질인 Microcystins은 자연계에 매우 미량 존재하기 때문에 이를 분리 및 정제하기가 쉽지 않다. 본 연구에서는 자연계에 존재하는 남조류 동결건조시료로부터 Microcystin RR과 LR을 분리 및 정제하는 새로운 방법을 개발하였다. 약 7.5g의 실리카겔을 정지상으로 사용하고 혼합용액인 ethyl acetate: iso-propanol:water(30: 45: 25)을 이동상으로 사용하는 open column system으로 시료를 전개한후 용액을 3mL간격으로 받아냈다. 받아낸 용액중의 Microcystin RR과 LR은 TLC와 HPLC(high performance Liquid Chromatography)를 이용하여 확인한 후 농축, 정제하였다.
남조류의 독성물질인 microcystin을 HPLC로 분석하기 위해 지금까지는 ODS cartridge를 사용하였으나 본 연구에서는 CN cartridge를 사용하는 새로운 분석 방법을 시도하였다. CN cartridge는 0.5M 초산 용액으로 처리되었으며 Microcystins RR과 LR을 용리시키기 위해 30% Acetonitrile 용액이 사용되었다. CN cartridge를 이용하는 분석 방법이 기존의 ODS cartridge를 이용하는 방법보다 훨씬 더 정확한 정량을 할 수 있었다. 특히 Microcystin LR의 경우 피크 면적에서 현저한 차이를 보였다.
Cyanobacterial toxins, microcystins are very potent hepatotoxins and their occurrence has been reported all over the world. They could threaten human health when toxic Microcystis occurs in water supply reservoirs. In this study, the effects of several environmental factors on production and degradation of toxins produced by cyanobacteria in Lake Soyang have been studied. A new rapid quantification method of microcystins using fluorescence for a detection signal and a lateral-flow-type immunochromatography as a separation system was used. Culture age, temperature, light intensity, pH, N-nutrient concentration, P-nutrient concentration, iron and zinc concentration were the most importantly examined factors. The toxin content was the highest on 17-18 days and at temperatures between 20℃ and 25℃, and at pH between 8.4 and 8.8.
Cyanobacteria were dominant from June to September in the Nakdong River and the Hoedong Reservoir. Microcystis aeruginosa was dominant from June to September; Anabaena flos-aquae from June to August and Aphanizomenon flos-aquae from July to August. Cyanobacterial neurotoxins, Anatoxin-a and saxitoxin were analyzed by electrospray ionization-mass spectrometry with strains of Aphanizomenon flos-aquae NIES-81 and Anabaena flosaquae NIER-10002. Anatoxin-a was not detected from the cultured Anabaena flos-aquae nor from the wild samples. Low levels of saxitoxin were detected in the cultured Aphanizomenon flos-aquae however, those of field samples were below the detection limit.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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