Cyanobakterielle Toxine: Microcystine

Warum Microcystine auch bei Algenprodukten interessieren

Microcystine sind natürliche Giftstoffe bestimmter Cyanobakterienstämme. Chemisch sind sie ringförmige Peptide, also aus Aminosäuren aufgebaute Moleküle. Toxinbildende und nicht toxinbildende Stämme derselben Art können gemeinsam vorkommen. Microcystin-LR, kurz MC-LR, gehört zu den häufigen und am besten untersuchten Varianten.

Das WHO-Hintergrunddokument von 2020, Nummer WHO/HEP/ECH/WSH/2020.6, dient der Entwicklung von Trinkwasser- und Freizeitwasserleitlinien. Es ersetzt das ältere Dokument zu Microcystin-LR im Trinkwasser, WHO/SDE/WSH/03.04/57. Die Bewertung entstand durch Begutachtung in Fachinstitutionen, öffentliche Kommentierung und Expertenkonsultationen am 14.–16. Juli 2016, 28.–30. März 2017 und 13.–14. Juli 2018. Sie ist eine institutionelle Literaturbewertung, keine eigene klinische Studie. Einzelstudien werden hier nach dieser WHO-Bewertung dargestellt.

Für Spirulina ist vor allem der Abschnitt über mögliche Verunreinigungen relevant. In Trockenproben untersuchter kommerzieller cyanobakterieller Supplemente wurden Gehalte von mehr als 1 µg/g nachgewiesen. Das bedeutet nicht, dass alle Spirulina-Produkte belastet sind. Der Anteil positiver Proben und die höchsten Gehalte unterscheiden sich stark zwischen Studien, vermutlich auch wegen der Zusammensetzung geernteter natürlicher Cyanobakterienblüten.

Aufnahmewege und Wirkung auf die Leber

Für die Allgemeinbevölkerung ist das Verschlucken belasteten Wassers oder belasteter Lebensmittel der wichtigste Aufnahmeweg. Beim Baden kommt unbeabsichtigtes Verschlucken hinzu, möglicherweise auch ein Eintritt über Nase oder Luftröhre. Microcystine sind nicht flüchtig, können aber in wasserhaltigem Sprühnebel vorkommen, etwa beim Wasserski oder bei Beregnung.

Bestimmte Transportproteine der OATP-Familie ermöglichen den Eintritt in Zellen. Ihre starke Präsenz in der Leber begünstigt dort die Toxinaufnahme. Welche dieser Transportproteine die Aufnahme im Darm übernehmen, ist noch nicht abschließend geklärt. In den Zellen hemmen Microcystine Proteinphosphatasen – Enzyme, die an der Zellregulation beteiligt sind. Dadurch können Zellsteuerung und das innere Stützgerüst der Zelle gestört werden.

Tierdaten nach oraler Aufnahme und schwere menschliche Vergiftungen durch belastetes Dialysewasser zeigen die Leber als wichtiges Zielorgan. Die WHO beschreibt dazu die Ereignisse in Caruaru in Brasilien von 1996; auch eine zusätzliche Belastung mit Cylindrospermopsin war möglich. Dialyse umgeht jedoch wichtige Barrieren der Aufnahme über den Mund. Die anteilige Aufnahme in die Leber ist in Tiermodellen nach Schlucken deutlich geringer als nach Injektion in Blutgefäße oder Bauchhöhle. Dialysevergiftungen sind deshalb kein unmittelbares Modell für die Einnahme eines Supplements.

Die Tierversuche hinter den Wasserleitwerten

Zwei Untersuchungen bilden wichtige Bezugspunkte. Die Dosen in der Tabelle sind Versuchsmengen bei Tieren und keine Einnahmeempfehlungen für Menschen.

Untersuchung laut WHO	Bedingungen	Zentrale Ergebnisse
Fawell und Kollegen	Mäuse des Stamms CR1:CD-1(ICR)BR(VAF plus); je 15 Tiere pro Geschlecht und Dosisgruppe; MC-LR über eine Schlundsonde für 13 Wochen; 0, 40, 200 oder 1.000 Mikrogramm je kg Körpergewicht und Tag	Bei 40 Mikrogramm je kg und Tag keine behandlungsbedingten schädlichen Effekte in den gemessenen Parametern. Bei 200 Mikrogramm je kg und Tag leichte krankhafte Leberveränderungen bei einem Teil beider Geschlechter.
Heinze	Elf Wochen alte männliche Hybridratten WELS/Fohm×BDIX; zehn Tiere je Gruppe; MC-LR im Trinkwasser für 28 Tage; 0, 50 oder 150 Mikrogramm je kg Körpergewicht und Tag	Bereits die niedrigste geprüfte Dosis von 50 Mikrogramm je kg und Tag war mit Leberveränderungen verbunden: betroffen waren Lebergewicht, Gewebe und die Enzymmarker ALP/LDH; ALT und AST blieben unverändert.

Die WHO wählt Fawell als Berechnungsgrundlage, weil die Studie länger dauert, mehr Dosisstufen abdeckt und eine Menge ohne beobachtete schädliche Effekte liefert. Dieser NOAEL beträgt 40 µg MC-LR je kg Körpergewicht und Tag. Ein NOAEL gilt nur für die untersuchten Bedingungen und Messgrößen; er garantiert keine allgemeine Schadensfreiheit beim Menschen. Heinzes niedrigste Menge ist dagegen ein LOAEL, also eine untersuchte Dosis, bei der bereits schädliche Effekte auftraten. Eine methodische Grenze bleibt: Die Schlundsonde kann die Aufnahme anders beeinflussen als Trinkwasser.

Drei Wasserwerte für drei verschiedene Situationen

Für die langfristige Bewertung teilt die WHO den NOAEL durch 1.000. Je ein Faktor 10 berücksichtigt Unterschiede zwischen Arten, Unterschiede innerhalb der menschlichen Bevölkerung und Datenlücken. Zum letzten Punkt gehört, dass die zugrunde liegende Studie keine lebenslange Exposition untersuchte. Daraus entsteht eine vorläufige tolerierbare tägliche Aufnahme, kurz TDI, von 0,04 µg MC-LR je kg Körpergewicht und Tag.

Die Wasserwerte unterscheiden sich, weil Körpergewicht, Wassermenge, Belastungsdauer und Unsicherheitsfaktoren unterschiedlich angesetzt werden:

Situation	Annahmen der WHO	Vorläufiger Richtwert
Lebenslanges Trinken	Erwachsener mit 60 kg; täglich 2 Liter Wasser; 80 % der tolerierbaren Aufnahme dem Wasser zugeteilt; Unsicherheitsfaktor 1.000	1 µg/L, gerundet aus 0,96 µg/L
Kurzfristiges Trinken	Erwachsener mit 60 kg; täglich 2 Liter; 100 % dem Wasser zugeteilt; Unsicherheitsfaktor 100	12 µg/L
Freizeitwasser	Kind mit 15 kg; unbeabsichtigtes Verschlucken von 250 Millilitern täglich; Unsicherheitsfaktor 100	24 µg/L

Beim Lebenszeitwert lautet die Rechnung 40 × 60 × 0,8 ÷ (1.000 × 2). Beim Kurzzeitwert wird mit 40 × 60 ÷ (100 × 2) gerechnet. Der Freizeitwert ergibt sich aus 40 × 15 ÷ (100 × 0,25); dabei werden 250 Milliliter in 0,25 Liter umgerechnet. Ausgangspunkt ist jeweils der tierexperimentelle NOAEL in Mikrogramm je kg Körpergewicht und Tag.

Der Kurzzeitwert ist eine Übergangslösung für etwa zwei Wochen, bis bessere Aufbereitung oder andere Maßnahmen greifen. Er soll keine wiederkehrenden saisonalen Überschreitungen des Lebenszeitwerts erlauben. Für flaschenernährte Säuglinge und kleine Kinder nennt die WHO wegen der höheren Wasseraufnahme je Körpergewicht eine gesonderte Vorsorge: Bei mehr als 3 µg/L sollen auch für kurze Zeiträume alternative Wasserquellen verwendet werden. Der für Erwachsene berechnete Kurzzeitwert ist somit keine pauschale Freigabe für Säuglingsnahrung.

Obwohl die Ableitung auf MC-LR beruht, sollen die Werte mit der Summe der Microcystine verglichen werden, ausgedrückt als entsprechende Massen- oder Stoffmengenäquivalente. Die unzureichenden Vergleichsdaten zu den Varianten bleiben dabei eine Unsicherheit. Wo belastete Lebensmittel erheblich beitragen, etwa Fische mit Innereien oder Schalentiere aus Gewässern mit langdauernden Blüten, kann nach lokalen Belastungsdaten ein kleinerer Anteil für Trinkwasser angemessen sein.

Welche Unsicherheiten bleiben?

Die Richtwerte bleiben vorläufig. Besonders fehlen belastbare Daten zu langfristiger Belastung, Fortpflanzung und zur vergleichbaren Giftigkeit der verschiedenen Varianten nach wiederholter oraler Aufnahme. Varianten unterscheiden sich in Aufnahme und Verteilung im Körper. Vergleiche in Zellversuchen oder nach Injektion in die Bauchhöhle lösen diese Frage nicht zuverlässig.

Einige neuere Mausstudien berichten Fortpflanzungseffekte schon bei niedrigen oralen MC-LR-Mengen, widersprechen jedoch anderen Arbeiten. Unvollständige Dosisangaben, Probleme bei Kontrollen und Statistik sowie teils unklare Reinheit begrenzen ihre Aussagekraft. Die WHO sieht darin noch keine belastbare neue Berechnungsgrundlage und fordert Bestätigung durch unabhängige Labore. Injektionen in die Bauchhöhle setzen Fortpflanzungsorgane unmittelbar hohen Konzentrationen aus und lassen sich nur begrenzt auf orale Aufnahme beim Menschen übertragen.

Auch Humanstudien erfassen die Belastung oft unzureichend und können zusätzliche Mikroorganismen oder Schadstoffe nicht sicher trennen. Die epidemiologischen Daten erlauben keinen ursächlichen Zusammenhang mit Lebertumoren. Die im Dokument wiedergegebene IARC-Einstufung von 2010 als „möglicherweise krebserzeugend“ (Gruppe 2B) bezieht unter anderem die Förderung von Tumorwachstum über die Hemmung der Proteinphosphatasen ein. Sie ist kein direkter Nachweis von Krebsverursachung beim Menschen.

Was Messungen und Produktangaben tatsächlich aussagen

Wasserproben müssen zellgebundene und außerhalb der Zellen gelöste Microcystine erfassen. Für die Messung müssen zellgebundene Toxine zunächst herausgelöst werden. Konzentrationen ändern sich örtlich und zeitlich; Mittelwerte können die Belastung an einer konkreten Entnahme- oder Badestelle unterschätzen. Angaben zur Cyanobakterienmasse, etwa Zellvolumen oder Chlorophyll-a, dienen im Alarmsystem als Auslöser weiterer Maßnahmen. Sie sind keine Toxinkonzentrationen und ersetzen nahe den Richtwerten möglichst keine direkte Toxinanalyse.

ELISA-Tests und Tests zur Proteinphosphatasehemmung eignen sich für eine erste Untersuchung, unterscheiden aber nicht einzelne Varianten. Für deren genaue Messung mit LC-MS/MS, einem Verfahren zur Trennung und Identifizierung von Molekülen, werden passende Referenzstandards benötigt. Diese sind nicht für alle möglicherweise relevanten Varianten verfügbar.

Lebensmittel und Supplemente sind analytisch anspruchsvoller als Wasser. Ihre weiteren Bestandteile können die Messung beeinflussen; Aufreinigung und die tatsächlich wiedergefundene Toxinmenge müssen geprüft werden. Viele Veröffentlichungen zu solchen Proben sind laut WHO unzureichend methodisch abgesichert und möglicherweise unzuverlässig. Ein Wassertest lässt sich daher nicht ungeprüft als Produktnachweis verwenden.

Die Quelle nennt bei untersuchten Produkten Verzehrangaben von 0,5 bis 15 Gramm Produkt täglich; manche nennen keine Höchstmenge. Das sind Angaben auf Produkten, ausdrücklich keine WHO-Empfehlungen zur Einnahme. Kontaminierte Supplemente können erheblich zur Belastung beitragen. Wie groß dieser Beitrag insgesamt ist, bleibt wegen wechselnder Gehalte und fehlender Nutzungsdaten schwer abzuschätzen.

Auch Wasseraufbereitung muss gelöste und zellgebundene Toxine berücksichtigen: Werden Zellen zerstört, können sie Toxine freisetzen. Ihre Wirksamkeit ist unter den örtlichen Bedingungen zu überprüfen und am fertigen Trinkwasser zu messen. Daraus ergibt sich keine allgemeine Garantie für Haushaltsverfahren.

Fazit

Die WHO-Bewertung von 2020 erklärt, wie aus begrenzten Tierdaten vorsorgliche Wasserleitwerte entstehen. Lebenslanges Trinken, eine kurze Übergangsphase und Freizeitwasser sind getrennte Szenarien; für Säuglinge und kleine Kinder gilt ein eigener Vorsorgehinweis. Keiner dieser Wasserwerte ist eine universelle Supplementgrenze, ein Wirksamkeitsbeleg für Spirulina oder eine Freigabe eines Produkts in der EU.

Weitere Einordnung bietet der Überblick zu Spirulina. Die Informationen ersetzen keine medizinische Beratung, Diagnose oder Behandlung.