Le tossine marine
6.1 Amnesic Shellfish Poisoning
L’Amnesic Shellfish Poisoning è un’intossicazione causata da diatomee del genere
Pseudonitzschia o Nitzschia, le quali producono come metabolita secondario l’acido
domoico, sostanza neurotossica.
Le Pseudonitzschia sono un genere di diatomee pennate presenti negli ambienti marini e ampiamente diffuse in tutto il mondo. Hanno un tipico colore marrone dorato dato dalla presenza del pigmento fucoxantina e una parete cellulare composta da silicio cristallino che forma una specie di guscio chiamato frustolo. Sebbene la fioritura della maggior parte delle microalghe sia favorita da un aumento nella temperatura dell’acqua, la
Pseudonitzschia si sviluppa maggiormente quando la temperatura è in calo ed essa può
entrare in competizione con altre specie di fitoplancton. Il cambiamento della temperatura provoca un turnover della colonna d’acqua che rompe il termoclino e quindi porta l’acqua con una maggiore concentrazione di nutrienti dal basso verso la superficie illuminata, dove le diatomee ne possono trarre vantaggio. Inoltre, le diatomee che hanno la tendenza ad affondare hanno bisogno di un flusso d’acqua turbolento per impedire che escano dalla zona eufotica. Le diatomee del genere Pseudonitzschia possono vivere in ambienti con un variabile intervello di salinità (6-45‰) e questo ne permette la presenza in ambienti di estuario [6].
Capitolo 6
88
Il primo caso di intossicazione attribuito a Pseudonitzschia è stato registrato nel 1987 in Canada, quando un centinaio di persone hanno manifestato crampi addominali dopo aver consumato mitili raccolti in un allevamento di Prince Edward Island in Cardigan Bay [7]. Negli anni successivi, gli avvelenamenti più frequenti sono stati registrati presso la Baia di Monterey in California [8,9], anche se morie di animali sono state riscontrate anche in altre zone degli Stati Uniti [10] e in Scozia dove è stata vietata la raccolta di molluschi in un’area di circa 50.000 km2 [11].
6.1.1 La produzione di acido domoico
L’acido domoico è un amminoacido neurotossico tricarbossilato che è stato isolato per la prima volta nel 1958 in Giappone dalle macroalghe della specie Chondria armata [12].
La produzione di questo metabolita secondario è influenzato dalla numerosi parametri chimico-fisici quali il pH, la temperatura, l’intensità luminosa, la concentrazione di nutrienti e la presenza di metalli in tracce (ferro e rame).
Bates et al. [13] hanno dimostrato che il silicio è un nutriente non soltanto essenziale per la costruzione del frustolo ma anche per la sintesi del DNA. La quantità di tossina prodotta è inversamente proporzionale alla concentrazione di silicati nell’ambiente. L’assorbimento di silicio avviene nella fase di crescita esponenziale della fioritura algale mentre si interrompe quando la fioritura entra nella fase stazionaria. Vi sono due momenti in cui l’alga produce acido domoico, il primo dei quali corrisponde proprio alla fase stazionaria di crescita in cui i livelli di silicio sono moderatamente bassi mentre il secondo, con una produzione 5 volte maggiore, si verifica quando vi è una forte limitazione di silicio [14].
La produzione di acido domoico può anche essere attivata da una carenza di fosforo, sebbene il meccanismo sia attualmente sconosciuto [15].
La struttura dell’acido domoico risulta simile ad alcuni fitosiderofori, agenti ferro- complessanti che legando il Fe3+ lo solubilizzano e permettono l’assorbimento diretto del metallo all’interno degli organismi. Rue et al. [16] hanno dimostrato come la produzione della tossina sia legata alla disponibilità di ferro e rame nell’acqua. L’acido domoico aumenta la biodisponibilità del ferro mentre favorisce la disintossicazione delle acque andando a sequestrare efficacemente il rame. È stato verificato inoltre che a concentrazioni limitanti di ferro si ha un aumento nella formazione di acido domoico
mentre per il rame vi è un andamento opposto al ferro [17]. La disponibilità di ferro controlla infine i rapporti in cui vengono assimilate le sostanze nutritive come ad esempio il rapporto Si:N e quindi influenza la riproduzione cellulare delle
Pseudonitzschia [18].
6.1.2 Il meccanismo d’azione tossica dell’ acido domoico
L’acido domoico è un amminoacido con attività eccitatoria simile a una classe di composti chiamati kainoidi, il cui capostipite è l’acido kainico. L’acido domoico agisce come competitore nei confronti dei recettori dell’acido glutammico e dell’acido aspartico, due dei principali neurotrasmettitori del sistema nervoso centrale, ma l’affinità verso questi recettori risulta molto più elevata, tre volte più elevata del potente acido kainico e fino a cento volte rispetto al glutammato [19]. L’importanza dei recettori del glutammato risiede nella regolazione del passaggio di ioni Na+ e Ca2+ attraverso i canali della membrana sinaptica con contemporanea espulsione di ioni K+ che induce la depolarizzazione dei neuroni. Quando la tossina si lega al recettore la concentrazione di Ca2+ aumenta portando a un rigonfiamento e a disfunzione nella cellula, con conseguente morte della stessa. Questo meccanismo spiega in parte gli effetti neurotossici dell’acido domoico [20].
Tuttavia la sintomatologia da ASP non si limita al sistema nervoso ma agisce anche sul sistema digerente anche se qui l’intossicazione risulta molto più blanda rispetto le tossine PSP. Altri sintomi comuni da avvelenamento da ASP sono confusione, nausea, vomito, gastroenterite, crampi e diarrea entro 24 ore dal contatto con la sostanza tossica. Gli effetti da ingestione cronica sono finora sconosciuti [12].
La neurotossicità dell’acido domoico viene magnificata se la sostanza viene assunta attraverso mitili contaminati, in quanto la presenza di acido glutammico e aspartico nei tessuti amplifica gli effetti tossicologici della tossina [21].
Capitolo 6
90
6.2 Riferimenti bibliografici
[1] G.M. Hallegraeff, D.M. Anderson, A.D. Cembella, Manual on harmful marine microalgae, UNESCO, Parigi, 1995.
[2] A. Zaccaroni, D. Scaravelli, Algal Toxins: Nature, Occurrence, Effect and Detection, CNR Institute of Biophysics, Pisa, Italy, 2007.
[3] P. Ade, E. Funari, R. Poletti, in A.I.S. Sanità (Editor), 2003, p. 53.
[4] E.M. Cosper, E.J. Carpenter, V.M. Bricelj, Novel phytoplankton blooms: causes and impacts of recurrent brown tides and other unusual blooms, Berlino, 1989.
[5] F.M. Van Dolah, Environmental Health Perspectives 108 (2000) 133. [6] L. Mos, Environmental Toxicology and Pharmacology 9 (2001) 79.
[7] J.S. Teitelbaum, R.J. Zatorre, S. Carpenter, D. Gendron, A.C. Evans, A. Gjedde, N.R. Cashman, New England Journal of Medicine 322 (1990) 1781.
[8] K.L. McGinness, G.A. Fryxell, J.D. McEachran, Canadian Journal of Zoology-Revue Canadienne De Zoologie 73 (1995) 642.
[9] L. Fritz, M.A. Quilliam, J.L.C. Wright, A.M. Beale, T.M. Work, Journal of Phycology 28 (1992) 439.
[10] K.A. Lefebvre, C.L. Powell, M. Busman, C.J. Doucette, P.D.R. Moeller, J.B. Sliver, P.E. Miller, M.P. Hughes, S. Singaram, M.W. Silver, R.S. Tjeerdema, Natural Toxins 7 (1999) 85.
[11] J. Fehling, D.H. Green, K. Davidson, C.J. Bolch, S.S. Bates, Journal of Phycology 40 (2004) 622.
[12] M.C. Villac, D.L. Roelke, T.A. Villareal, G.A. Fryxell, Hydrobiologia 269 (1993) 213. [13] S.S. Bates, D.L. Garrison, R.A. Horner, Bloom dynamics and physiology of domoic
acid producing Pseudo-Nitzschia species, 1998.
[14] Y.L. Pan, D.V.S. Rao, K.H. Mann, R.G. Brown, R. Pocklington, Marine Ecology- Progress Series 131 (1996) 225.
[15] Y. Pan, S.S. Bates, A.D. Cembella, Natural toxins 6 (1998) 127. [16] E. Rue, K. Bruland, Marine Chemistry 76 (2001) 127.
[17] M.T. Maldonado, M.P. Hughes, E.L. Rue, M.L. Wells, Limnology and Oceanography 47 (2002) 515.
[18] D.A. Hutchins, K.W. Bruland, Nature 393 (1998) 561. [19] E.C.D. Todd, Journal of Food Protection 56 (1993). [20] H. Ravn, Amnesic Shellfish Poisoning (ASP), 1995.
[21] A. Novelli, J. Kispert, M.T. Fernandezsanchez, A. Torreblanca, V. Zitko, Brain Research 577 (1992) 41.