Ziel dieses Projektes ist es, zur Klärung der derzeitigen Verbreitung und Variabilität des toxischen Cyanobakteriums C. raciborskii und des Toxins Cylindrospermopsin (CYN) in Gewässern der Berliner Region beizutragen und eine Grundlage zu schaffen, auf welcher deren weitere Entwicklung und das damit verbundene Risiko für Mensch und Umwelt abgeschätzt werden kann. Die Verbreitung von C. raciborskii und CYN wurde in einem Pre-Screening Programm im Sommer 2004 untersucht. Für 142 Gewässer, die sich hinsichtlich Morphometrie, Trophie und Mixistypus unterscheiden, wurde die Zusammensetzung der Cyanobakterien einmalig qualitativ und semi-quantitativ analysiert sowie der CYN Gehalt des Sestons ermittelt. C. raciborskii wurde in 27,5 % der 142 untersuchten Gewässer nachgewiesen. Ihre relative Häufigkeit wurde überwiegend als vereinzelt (21,1 %) oder häufig (6,3 %) eingeschätzt. Massenentwicklungen der Art traten zum Zeitpunkt der Untersuchung nicht auf. Als typisches Habitat für C. raciborskii wurden flache eutrophe Gewässer mit niedriger Sichttiefe, und geringen Zeu/Zmix Verhältnissen analysiert. Entgegen bisheriger Annahmen ist die Art jedoch nicht auf Flachseen beschränkt, sondern kann auch in tiefen dimiktischen Gewässern Populationen etablieren. Darüber hinaus wurden vier weitere bedeutende Arten ermittelt. Raphidiopsis curvata und R. mediterranea, die in 5 von 142 Gewässern detektiert wurden. Von beiden Arten ist bekannt, dass sie CYN produzieren können. Anabaena bergii wurde vereinzelt bis häufig in 14,1 % der Gewässer nachgewiesen. Für diese Art wurde der gleiche Habitattyp wie für C. raciborskii festgestellt. Aphanizomenon aphanizomenoides wurde vereinzelt bis häufig in 13,4 % der Gewässer nachgewiesen. Bei beiden Arten handelt es sich wie bei C. raciborskii um Neo-Cyanobakterien, die bisher nur aus tropischen bzw. subtropischen Regionen bekannt waren. Beide produzieren toxische Substanzen, die im Fall von A. aphanizomenoides noch nicht näher identifiziert werden konnten. Im Fall von A. bergii handelt es sich bei einem der Toxine um CYN. Zusammenfassend kann für die hier relevanten Arten festgestellt werden, dass sie weiter verbreitet sind als bisher bekannt war. Die Tatsache, dass C. raciborskii bisher in verhältnismäßig wenigen und A. bergii sowie A. aphanizomenoides bisher gar nicht für das Untersuchungsgebiet beschrieben wurden, wird u.a. auf taxonomische Unklarheiten zurückgeführt. Bislang wurden 96 Sestonproben aus 80 Gewässern auf CYN untersucht. In 63 % der Proben, bzw. 61 % der Seen wurde CYN in Konzentrationen zwischen 0,1 und 100 µg/g TG nachgewiesen und ist somit in Deutschland weiter verbreitet als bisher angenommen. Ein erster Vergleich der Cyanobakterienzusammensetzung mit dem CYNVorkommen zeigt, dass CYN in den untersuchten Gewässern nicht nur von C. raciborskii produziert wird, da es auch in Proben gemessen wurde, in denen die Art nicht nachgewiesen wurde. Derzeit werden die beiden oben beschriebenen Arten A. bergi und A. aphanizomenoides als weitere potentielle CYN-Produzenten in Betracht gezogen sowie eine Reihe weiterer Arten der Gattungen Anabaena und Aphanizomenon. Eine entgültige Klärung wird nach Abschluss der chemischen und molekularbiologischen Analysen der isolierten Stämme erwartet.

Three single-filament isolates of Aphanizomenon flos-aquae from two German lakes were found to produce remarkable amounts of the cyanobacterial epatotoxin cylindrospermopsin (CYN). CYN-synthesis of the strains were evidenced both by LC-MS/MS analysis and detection of PCR products of gene fragments which are implicated in the biosynthesis of the toxin. The strains contain CYN in the range of 2.3–6.6 mg gK1 of cellular dry weight. To our knowledge this is the first report of CYN in A. flos-aquae.

L'Erdre, rivière de l'ouest de la France, a subi ces dernières années une prolifération massive de cyanobactéries, avec des répercussions négatives sur les activités touristiques étant donné le danger potentiel pour la santé humaine lié au rejet de toxines. A la demande de l'établissement public territorial "Entente pour le Développement de l'Erdre Navigable", E.D.E.N., un consortium de spécialistes (SETUDE, Anjou Recherche, KWB, UBA, Bi-Eau, BCEOM, Eco-Environnement Ingénierie) a participé à une étude détaillée sur l’équilibre écologique de l’Erdre, la croissance des cyanobactéries ainsi que le relargage de toxines, afin de développer des stratégies pour limiter ce phénomène. Au sein de ce consortium, le Centre de Compétence des Eaux de Berlin (KompetenzZentrum Wasser Berlin gGmbH, KWB) et l'Agence Fédérale de l'Environnement d’Allemagne (Umweltbundesamt, UBA) ont réalisé des travaux de recherche en laboratoire. Le projet a été mené de fin 2002 à début 2004 par les partenaires scientifiques français et allemands. Les expériences en laboratoire réalisées par les deux partenaires à Berlin ont pour but d’identifier l’influence de trois facteurs sur le développement des cyanobactéries et la libération de leurs toxines : l’impact d’une limitation en nutriments (azote, phosphore), l’influence de la vitesse d’écoulement, et le rôle des sédiments. L’étude porte sur la cyanobactérie filamenteuse Planktothrix agardhii et la toxine microcystine, qui prédominent dans l’Erdre.

Cyanobacteria proliferation and the potential health risk related with the release of the associated toxins have lead the local association EDEN to initiate a comprehensive study on cyanobacteria in the river Erdre. Within the consortium in charge of the project, the Berlin Centre of Competence for Water (KWB) realised lab-scale research in cooperation with the German Federal Environmental Agency (UBA), on the species Planktothrix agardhii which predominates in the river Erdre, and the associated toxin microcystin. The objective was to determine the influence of key factors such as nutrients (nitrogen, phosphorus), light, flow velocity and sediments on cyanobacteria growth and competition as well as microcystin release from the Planktothrix population in the river Erdre. Results from the lab-scale cultures proved that nutrient-limited conditions lead to a decrease of cyanobacteria biomass and may favour some genotypes with reduced needs among the Planktothrix population. Given the current state of scientific knowledge, no differences in competition between toxic and non-toxic Planktothrix strains can be established. Nutrient limitation favours microcystin release from cells, however the global decrease of cyanobacteria biomass induces a decrease of the total quantity of released toxin. These results can be applied in a water body where nutrients concentrations are very low (below 50 µg/L for total phosphorus). In the river Erdre, as long as external nutrients inputs remain considerable, light is the limiting factor. Internal nutrient recycling from the sediments is globally negligible in comparison with external inputs. Culture experiments in a flow simulation flume proved that flow velocity had substantial impact neither on Planktothrix growth nor on microcystin release. Only a short transition phase with negative effects was observed. Overwintering of Planktothrix in Erdre-sediments could be proved by the detection of a substantial population using fluorescence analysis. This inoculum should be large enough for initiation of Planktothrix development in the next vegetation period. However, the high adsorption capacities of the analysed sediments from the river Erdre allow to put aside a potential risk of microcystin release from sludge. While providing innovative results on the species Planktothrix agardhii, this project contributes to the comprehensive study initiated by the EDEN association in order to preserve the values associated with environment, health and tourism in the river Erdre.