Is there a human health hazard from microcystins in the drinking water supply?

Abstract

[ENGLISH] Microcystins are cyclic heptapeptide toxins produced by a range of cyanobacterial genera. These cyanobacteria occur naturally in drinking water reservoirs subject to eutrophication, and in rivers and natural lakes. Because of the diversity of organisms, the toxins occur, from oligo-mesotrophic lakes in North Temperate latitudes, to hypertrophic tropical ponds. The toxins are responsible for numerous cases of injury and death of domestic animals, and human poisoning from drinking water. The initial poisoning includes hepatic cell death. This leads to secondary effects from liver deficiency, including jaundice and photosensitisation. The toxic effects are largely due to inhibition of phosphatase enzymes, acting to regulate protein phosphorylation. The consequences include structural damage, apoptosis and, at lower concentrations, cell cycle effects and tumour promotion. As there is no clear evidence for direct carcinogenesis by microcystins, they are classed as non-carcinogenic toxins in drinking water. Guideline Values for safe drinking water are derived from data for subchronic rodent toxicity, using the No Observed Adverse Effect Level (the highest dose giving no toxicity). To this dose are applied uncertainty factors, to calculate a Tolerable Daily Intake. On the basis of a standard bodyweight and water consumption the Guideline Value is determined for drinking water. For microcystin-LR the WHO have set a provisional Guideline Value of 1 μg/L for drinking water. [GERMAN] Besteht eine Gesundheitsgefährdung für den Menschen durch Microcystine im Trinkwasser? Microcystine sind cyclische Heptapeptid-Toxine, die von verschiedenen Cyanobakterien-Gattungen produziert werden. Diese Cyanobakterien kommen in Trinkwassertalsperren vor, die der Eutrophierung unterliegen, sowie in Flüssen und in natürlichen Seen. Aufgrund der Diversität der Organismen findet man die Toxine in Gewässern verschiedener Trophiegrade, von oligo-mesotrophen Seen der nördlichen gemäßigten Breiten bis hin zu hypertrophen tropischen Teichen. In zahlreichen Fällen sind Schädigung und Tod von Weidevieh sowie Vergiftungen von Menschen durch das Trinkwasser auf diese Toxine zurückzuführen. Der primäre Vergiftungseffekt ist das Absterben von Leberzellen. Die Folge sind Leberinsuffizienz sowie Gelbsucht und Photosensibilisierung. Die toxische Wirkung beruht im Wesentlichen auf der Inhibierung von Phosphatase-Enzymen, die die Protein-Phosphorylierung regulieren. Dies hat strukturelle Schäden und Apoptose zur Folge sowie, bei niedrigeren Konzentrationen, Auswirkungen auf den Zellzyklus und Tumorproduktion. Da eine direkte Karzinogenität der Microcystine nicht eindeutig bewiesen ist, werden sie im Hinblick auf das Trinkwasser als nicht-karzinogene Toxine eingestuft. Richtwerte (Guideline Values) für Microcystine werden aus Daten zur subchronischen Toxizität für Nagetiere auf der Basis des No Observed Adverse Effect Level (maximale Dosis ohne schädliche Wirkung) abgeleitet. Unter Anwendung empirischer Sicherheitsfaktoren wird der Tolerable Daily Intake (duldbare tägliche Aufnahmemenge) berechnet. Der Richtwert für das Trinkwasser ergibt sich dann unter Zugrundelegung eines Standardkörpergewichts und des täglichen Wasserkonsums. Für Microcystin-LR hat die WHO einen provisorischen Richtwert von 1 μg/L festgelegt.