Microcystine und cyanobakterielle Kontaminanten in der französischen Spirulina-Kleinproduktion (Limnospira sp.)

Warum diese Analysen wichtig sind

„Spirulina“ meint in dieser Arbeit Limnospira, eine kultivierte Cyanobakterie. Neben ihr können andere Cyanobakterien wachsen. Einige Arten können Microcystine bilden, also Giftstoffe. Ob eine gefundene Gattung in genau diesen Proben ein Toxin gebildet hat, lässt sich aus ihrem bloßen Nachweis aber nicht ablesen. Die Originalstudie von Pinchart und Kollegen (DOI) untersucht deshalb sowohl Microcystine als auch die Begleitorganismen in französischen Kleinbetrieben.

Die zentrale Leserfrage lautet: Wie häufig fanden die Labore messbare Microcystine, und was sagen die Ergebnisse über die Trockenprodukte aus? Dafür müssen Kulturwasser und Trockenmasse sowie zwei verschiedene Messverfahren auseinandergehalten werden.

Welche Proben und Messverfahren wurden ausgewertet?

Die Forschenden werteten freiwillig geteilte, anonymisierte Analysedaten von Mitgliedern des französischen Produzentenverbands FSF rückblickend aus. Das war keine zufällige Stichprobe aller Betriebe und keine Studie an Menschen. Für 2013 bis 2021 lagen 623 ELISA-Analysen getrockneter Spirulina aus 109 Farmen vor. Das mikroskopische Inventar umfasste getrennt davon 539 Zählungen aus 95 Farmen: 437 Trockenprodukt- und 102 Kulturproben. Nur 75 dieser Farmen ließen sich geografisch einordnen. Die im Abstract genannten 95 Produzenten sind daher kein gemeinsamer Nenner sämtlicher Analysen.

Für den Vergleich vor und nach der Ernte nutzten die Autoren 2017 Daten aus 16 Farmen mit 100 Kultur- und 57 Trockenproduktproben. Tabelle 3 zählt für dasselbe Jahr 105 ELISA-Kulturproben, aber 100 mikroskopische Kulturzählungen; zwei weitere Kulturzählungen stammen aus 2021. Diese Zahlen beschreiben verschiedene Untersuchungen und sollten nicht addiert werden.

Ein ELISA ist ein Suchtest auf eine Stoffgruppe. Hier erfasste er Signale als MC-LR-Äquivalente, ohne die einzelnen Microcystinvarianten zu trennen. Die Quantifizierungsgrenze lag bei 0,15 µg/g Trockenmasse (0,15 ppm) für Trockenprodukte und 0,15 µg/L Kulturmedium (0,15 ppb) für wässrige Proben. Unterhalb dieser Grenzen heißt nicht „nachweislich null“. Für Mittelwerte der Trockenprodukte setzten die Autoren solche Werte rechnerisch auf 0,075 ppm.

Fünf gezielt ausgewählte Trockenproduktchargen von 2021 wurden zusätzlich mit UHPLC-MS/MS geprüft, einem Verfahren zur getrennten Messung bestimmter Moleküle. Vier hatten im ELISA die Vergleichsschwelle von 1 ppm überschritten, eine lag darunter. Das Labor untersuchte neun festgelegte Microcystinvarianten mit Kalibration und Kontrollen; „ND“ in der Ergebnistabelle bedeutet „nicht nachgewiesen“, nicht gemessene Null. Für diese eigene Messreihe berichtet die Arbeit keine numerischen Nachweis- oder Quantifizierungsgrenzen je Variante. Die Mikroskopie ordnete Begleitorganismen nach ihrem Aussehen Gattungen zu. Bei einzeln auftretendem Cyanobium wurde jede Zelle als „Kolonie“ gezählt; Trockenstücke wurden dafür zunächst wieder befeuchtet.

Was fanden die Labore in Trockenprodukten und Kulturen?

Bei den 623 Trockenproduktanalysen lagen 42 % unter 0,15 ppm. Bei 361 von 623 Proben (58 %) wurden messbare ELISA-Werte berichtet. Der Mittelwert betrug 0,21 ppm MC-LR-Äquivalente pro Trockenmasse, das Maximum 1,31 ppm. Die schwach besetzten frühen Jahre und die sehr unterschiedlichen jährlichen Probenzahlen erschweren einen Zeittrend. Die Werte für 2020 und 2021 waren im Jahresvergleich höher als 2017 und 2018; die Reihe stieg jedoch nicht Jahr für Jahr gleichmäßig an.

Als Vergleich verwendete die Arbeit 1 µg/g Trockenmasse (1 ppm), zurückgeführt auf einen Wert aus Oregon von 1997. Das ist hier keine Aussage über einen einheitlichen aktuellen EU- oder französischen Grenzwert. Im Ergebnisteil überschritten vier ELISA-Proben aus 2021 diese Schwelle; mehr als 99 % der 623 Analysen lagen darunter. Die spätere Formulierung der Autoren, keine Probe habe 1 ppm überschritten, widerspricht diesen vier ausdrücklich berichteten Befunden. Die niedrigeren Bestätigungsmessungen löschen die ELISA-Überschreitungen nicht rückwirkend.

Die fünf ausgewählten Chargen zeigten in Tabelle 1 ELISA-Werte von 0,600 bis 1,310 µg MC-LR-Äquivalent/g Trockenmasse. Die ausgewiesenen UHPLC-MS/MS-Gesamtsummen der neun Varianten lagen bei 0,022 bis 0,227 µg/g Trockenmasse, laut Diskussion etwa 2 bis 18 % der zugehörigen ELISA-Werte. Die Verfahren messen jedoch Unterschiedliches: Der ELISA reagiert breiter, möglicherweise auch auf weitere Varianten oder ADDA-haltige Abbauprodukte; die Bestätigungsmethode erfasste nur ihr festgelegtes Panel. Welche Stoffe den Unterschied erklären, wurde nicht bestimmt. Zudem stimmen in drei Zeilen der Tabelle die gedruckten Gesamtsummen nicht mit der Addition der gedruckten Einzelwerte überein: 0,127 statt 0,107, 0,170 statt 0,179 und 0,033 statt 0,041 µg/g. Die Quelle erklärt das nicht. Diese Unstimmigkeit und die gezielte Auswahl der fünf Chargen begrenzen den Methodenvergleich.

Für 105 ELISA-Kulturproben aus 2017 nennt der Ergebnisteil einen Mittelwert von 0,39 ppb und 29 % der Proben unter 0,15 ppb. Die Bildlegende nennt denselben Mittelwert dagegen in ppm; auch eine Höchstwertangabe zu Farm F097 weicht bei der Einheit von der ppb-Bildachse ab. Der Widerspruch bleibt offen. F097 und F100 fielen durch höhere Kulturwerte auf, die sich nicht aus dem Anteil der Begleitorganismen erklären ließen. Im zugehörigen Trockenproduktvergleich lag der Mittelwert der 57 Proben bei 0,15 ppm pro Trockenmasse; die Farmwerte unterschieden sich dort statistisch nicht eindeutig. Kulturwerte spiegelten die Produktwerte nicht direkt wider. µg/L Kulturmedium und µg/g Trockenmasse sind verschiedene Bezugsgrößen. Der in der Arbeit angeführte Trinkwasservergleich macht Kulturmedium auch nicht zu Trinkwasser.

Welche Begleitorganismen kamen vor und was änderte die Ernte?

Die Mikroskopie fand neben Limnospira 14 cyanobakterielle Gattungen. Cyanobium und Jaaginema traten besonders häufig auf; unter den 75 lokalisierten Farmen wurden sie wie Planktolyngbya, Pseudanabaena und Leptolyngbya in mehr als 70 % gefunden. Pro lokalisierter Farm waren es drei bis elf Begleitgattungen, im Mittel 6,48. Ein allgemeiner geografischer Trend der Vielfalt zeigte sich nicht. Über die untersuchten Jahre blieben häufige Gattungen verbreitet; Cyanobium kam 2020 in nahezu allen untersuchten Trockenproduktproben vor. Die Jahresvergleiche der Mikroskopie beruhen auf anderen Probenzahlen als die ELISA-Reihe.

Häufigkeit nach Koloniezahl ist nicht dasselbe wie Anteil am Biovolumen, also am geschätzten Zellvolumen. Limnospira machte gewöhnlich über 99 % des Cyanobakterienbiovolumens aus. Cyanobium hatte im Mittel 26,0 % der gezählten Kolonien, aber nur 0,023 % des Biovolumens; bei Jaaginema waren es 11,8 % gegenüber 0,020 %. Phormidium erreichte unter den Begleitorganismen den höchsten mittleren Biovolumenanteil von 0,405 %. Die Werte beziehen sich jeweils auf alle erfassten Cyanobakterien einschließlich Limnospira.

Beim Vergleich von Kultur und Trockenprodukt kamen Begleitgattungen meist häufiger in der Kultur vor; Phormidium war die Ausnahme. Aphanocapsa und Romeria wurden im Trockenprodukt nicht beobachtet. Einige relative Koloniezahlanteile sanken nach der Ernte, aber nicht einheitlich: Cyanobium wurde in 92 % der 100 Kulturproben und in allen 16 Vergleichsfarmen gefunden; je nach Farm verschwand es im Trockenprodukt oder sein Anteil nahm sogar zu. Unterschiedliche Abschöpf- und Filterverfahren sowie die Verarbeitung und Wiederbefeuchtung können die mikroskopische Erkennbarkeit beeinflussen. Die beobachtete Abnahme einer Gattung belegt deshalb keine entsprechende Abnahme der Toxinmenge. Vorschläge der Autoren zur Filterreinigung und Spülung wurden hier nicht kontrolliert auf Wirksamkeit geprüft.

Was lässt sich daraus schließen – und was bleibt offen?

Acht der gefundenen Gattungen gelten nach der von den Autoren zitierten Literatur als mögliche Microcystinbildner. Für die in diesen Proben gefundenen Stämme wurde eine solche Produktion aber nicht bestätigt. Microcystis wurde nicht identifiziert. Auch die vermutete schützende Wirkung alkalischer, salzhaltiger Kulturbedingungen wurde nicht experimentell geprüft. Zwischen Microcystinwerten und Begleitorganismen fanden die Autoren keine belastbare Zuordnung; sie konnten keinen verantwortlichen Kontaminanten bestimmen. Genomische Untersuchungen wären dafür nötig. Die vermutete Verbreitung von Begleitgattungen durch den Austausch nicht isolierter Kulturen wurde ebenfalls nicht direkt verfolgt.

Die Diskussion rechnet beispielhaft mit 3 g Trockenprodukt täglich, einem mittleren Gehalt von 0,21 µg/g und 60 kg Körpergewicht: Das ergibt rund 10,5 ng/kg Körpergewicht pro Tag, von den Autoren auf etwa 10 gerundet und mit einem dort zitierten WHO-Wert von 40 ng/kg Körpergewicht pro Tag verglichen. Das ist ein Rechenszenario, keine Verzehrempfehlung. Es nutzt den Mittelwert samt Ersatzwerten für Proben unter der Quantifizierungsgrenze, nicht die höchste mögliche Belastung. Die Analysen messen weder Erkrankungen noch individuelle Verträglichkeit oder einen klinischen Nutzen.

Die Daten wurden freiwillig bereitgestellt und sind über Jahre, Farmen und Verfahren ungleich verteilt. Die Autoren legen außerdem offen, dass Pinchart dem FSF-Vorstand angehörte und Leruste dort angestellt war; eine öffentliche Förderung wird ebenfalls genannt. Die Studie liefert damit wertvolle Einblicke in diese Kleinproduktion, aber keine repräsentative Aussage über alle Spirulina-Produkte. Für einen breiteren Überblick zu Spirulina hilft der Hauptartikel.

Fazit

Die französischen Messdaten zeigen Microcystinsignale in einem Teil der Trockenprodukte und verschiedene cyanobakterielle Begleitorganismen. Vier ELISA-Werte überschritten die in der Arbeit verwendete Vergleichsschwelle; fünf gezielt untersuchte Chargen lieferten niedrigere Werte für neun einzeln gemessene Varianten. Messverfahren, widersprüchliche Angaben und die freiwillige Stichprobe lassen weder eine pauschale Entwarnung noch eine Aussage zur Gesundheit einzelner Menschen zu.