Principali caratteristiche dei cianobatteri

I cianobatteri, come tutti i batteri, sono organismi detti procarioti, vale a dire privi di nucleo all'interno della loro cellula. A differenza degli eucarioti (come le alghe e gli organismi composti da più cellule) non posseggono organelli come nucleo, mitocondri e cloroplasti.

Come le alghe e le piante, però, i cianobatteri per nutrirsi producono zuccheri a partire da anidride carbonica e acqua, grazie all'energia della luce, e per questo sono detti fotosintetici. L’assorbimento di energia per la fotosintesi è assicurato dalla presenza di clorofilla e di altri pigmenti che conferiscono loro diverse colorazioni, dal blu-verde (ciano, da cui il nome) al rosso.

Si riproducono asessualmente e presentano forme unicellulari o filamentose, in filamenti singoli o a colonie, formando dei ciuffetti, visibili al microscopio.

Sono stati definiti 6 ordini di cianobatteri: Chroococcales, Gloeobateales, Nostocales, Oscillatoriales, Pseudanabaenales e Synechococcales, che comprendono moltissime specie, non sempre facili da distinguere al microscopio.

Le fioriture di cianobatteri si sviluppano, generalmente ma non sempre, in presenza di un’alta concentrazione di nutrienti (fosforo e azoto), a temperatura elevata e in acque molto calme che permettono il galleggiamento delle cellule:

• laghi
• anse di fiumi, dove la corrente è molto ridotta

Il riscaldamento superficiale dell’acqua, dalla primavera in avanti, genera la stratificazione di una massa di acqua fredda, in profondità, sormontata da acqua calda in superficie in cui alcuni cianobatteri riescono a riprodursi più velocemente di altre alghe verdi e diventano dominanti. Durante fioriture importanti, il vento e le correnti superficiali possono causare la formazione di spesse schiume superficiali in seguito all'accumulo di cellule in aree limitate.

Una specie di cianobatterio presente in Italia, Planktothrix rubescens, è invece caratteristica di acque più fresche e meno illuminate e tende, dunque, a fiorire in profondità durante l’estate e in superficie durante l’inverno provocando, a volte, delle maree rosse, a causa del suo colore.

Gli aumenti della frequenza, dell’estensione e, in alcuni casi, della durata delle fioriture sono associati principalmente a modifiche dipendenti dall'attività umana. L’eutrofizzazione (elevata concentrazione di sostanze nutritive, specie nitrati e fosfati, in ambiente acquatico a causa di attività dell’uomo) e il riscaldamento globale legato ai cambiamenti climatici sono considerati i principali responsabili dell’aumento dello sviluppo dei cianobatteri.

In Italia, le specie cianobatteriche tossiche più importanti per frequenza e abbondanza, sia nelle regioni settentrionali che meridionali, sono Microcystis aeruginosa, Dolichospermum lemmermannii e Chrysosporum ovalisporum durante l’estate, e Planktothrix rubescens (o alga rossa) in tardo autunno-inverno.

Questi cianobatteri producono tutti delle cianotossine chiamate microcistine, tranne C. ovalisporum che produce cilindrospermopsina, e D. lemmermannii che può produrre anche anatossina-a.

Le prime tre specie sono più importanti per le attività di balneazione, mentre P. rubescens, che fiorisce d’estate in profondità e in superficie solo d’inverno, può essere rilevante per l’uso potabile dell’acqua o durante lo svolgimento di sport acquatici invernali.

Le cianotossine

Le cianotossine sono delle sostanze prodotte da molte specie di cianobatteri per motivi ancora non ben conosciuti.

Possono essere raggruppate in base alla loro struttura chimica o in base alla loro attività tossica in vari gruppi:

• microcistine (MC, gruppo di più di 250 molecole simili) e nodularine (NOD), principalmente tossiche per il fegato (epatotossine). Possono favorire l'azione di altre sostanze aumentandone la capacità di provocare tumori (promotori tumorali)
• cilindrospermopsina (CYN), tossica per il rene, il fegato e altri organi
• anatossine e saxitossine, tossiche per cervello e sistema nervoso (neurotossiche)
• tossine lipopolisaccaridiche (LPS), presenti sulle membrane esterne di tutti i batteri sono soprattutto in grado di produrre allergie e irritazioni nel punto di contatto

Quelle descritte rappresentano solo una piccola parte delle tossine prodotte dai cianobatteri; con il progresso delle tecniche di analisi chimica e l’aumentare degli studi sui cianobatteri se ne continuano a scoprire di nuove, con caratteristiche chimiche diverse. Purtroppo, la caratterizzazione tossicologica non va di pari passo e di molte non si conoscono ancora gli effetti e il livello di tossicità.

Nonostante i numerosi studi sui fattori che influenzano la produzione di cianotossine, non è ancora possibile prevedere la tossicità di una fioritura. La produzione di cianotossine da parte di una specie di cianobatteri dipende in primo luogo dalla presenza nelle cellule cianobatteriche dei geni responsabili della produzione delle tossine.

Una combinazione di più fattori ambientali (quantità di luce, temperatura, quantità di nutrienti, ecc.), diversa per ogni specie di cianobatteri e per ogni area geografica, determina l’abbondanza di queste cellule e la quantità di tossine che produrranno. In molti casi, un’elevata concentrazione di nutrienti e un’elevata temperatura tendono a favorire imponenti fioriture tossiche.

Esposizione alle cianotossine

Le cianotossine prodotte dai batteri si trovano nelle acque in cui sono in corso o sono avvenute recenti fioriture.

Le persone possono venire in contatto con le cianotossine durante le attività ricreative e di balneazione attraverso:

• contatto con la pelle, attraverso attività come il nuoto o il gioco in acqua
• inalazione, respirando piccole goccioline di aerosol che si possono formare per effetto di vento, mareggiate o per attività sportive e ricreative che prevedono lo spostamento delle acque, come ad esempio avviene con le moto d’acqua, lo sci nautico o anche lo sbattimento sostenuto di remi della canoa
• ingestione di acqua contenente le cianotossine, che può avvenire accidentalmente mentre si nuota, si gioca in acqua o si cade da una imbarcazione

L’inalazione può coinvolgere non solo i bagnanti propriamente detti ma anche chi sosta, passeggia o vive in prossimità della spiaggia e/o sul lungolago o lungofiume.

L’esposizione alle cianotossine può avvenire anche attraverso altre vie, che non sono però legate alla balneazione. Ciò accade ogniqualvolta sia utilizzata acqua contaminata (ad es. ingestione di acqua e cibi contaminati, specialmente pesci crostacei e molluschi, ma anche integratori alimentari, uso domestico di acqua contaminata).

Durante le attività di balneazione e l’uso ricreativo delle acque si può essere esposti contemporaneamente a tutte e tre le vie. Nei paesi temperati (fra cui l’Italia) il rischio di esposizione a cianotossine si ha durante la stagione balneare, che è limitata ai 4-5 mesi più caldi dell’anno. Vi sono, tuttavia, attività che possono implicare periodi di esposizione più lunghi e continuativi come, ad esempio, lo svolgimento di sport acquatici per cui ci si allena anche durante l’inverno. Tali attività possono rappresentare un rischio se effettuate in zone dove fioriscono cianobatteri, come P. rubescens, che danno luogo a fioriture superficiali invernali.

Sintomi ed effetti sulla salute

Gli effetti sulla salute di un’esposizione a cianotossine, sono:

esposizione cutanea

• eruzioni sulla pelle (rash cutanei)
• irritazione
• gonfiore e piaghe

esposizione orale

• disturbi gastrointestinali

in presenza di neurotossine

• sintomi di confusione
• disturbi visivi
• mal di testa
• febbre

esposizione inalatoria

• disturbi respiratori

Gli effetti locali di irritazione sembrano più associati al contatto con le cellule dei cianobatteri che all'effetto di cianotossine. La maggior parte di questi disturbi, comunque, può regredire in poche ore senza nessun intervento.

Effetti più importanti agli organi interni (sistemici) (disturbi gastrointestinali acuti, sintomi simil-influenzali con febbre, mal di testa e dolori muscolari, polmonite atipica e importante tossicità epatica) si sono verificati dopo l’ingestione involontaria di acqua con fioriture intense a seguito di cadute accidentali, per esempio dalla barca: a causa del riflesso immersione-deglutizione, infatti, si tende a ingoiare una quantità di acqua non trascurabile. Tale reazione è ancora più stimolata a temperature dell’acqua inferiori a 25°C, per cui lo svolgimento di sport acquatici durante l’inverno potrebbe rappresentare un rischio maggiore.

I gruppi maggiormente a rischio in caso di esposizione sono i bambini e gli adolescenti (di età inferiore ai 19 anni).

Prevenzione

In Italia, per legge (Decreto del Ministero della Salute 30 marzo 2010 che regola la balneazione) è obbligatorio effettuare controlli nelle aree a rischio di cianobatteri tossici. L’Istituto Superiore di Sanità ha redatto delle linee guida su come le autorità sanitarie devono effettuare i controlli, che sono state integrate nella normativa sulla balneazione nel 2018.

Come per le linee guida sull'Ostreopsis ovata, una delle alghe tossiche marine presenti nelle acque costiere italiane, il principale obiettivo è di prevenire e/o ridurre possibili effetti dannosi sulla salute legati al contatto con i cianobatteri tossici e, allo stesso tempo, evitare chiusure ingiustificate delle aree di balneazione. A tale scopo, è necessario controllare la densità dei cianobatteri e intraprendere diverse azioni a seconda della densità della fioritura.

Il controllo della fioritura viene effettuato con l’ispezione visiva dei luoghi in cui queste potrebbero verificarsi (ad esempio, acque ferme e ad alta concentrazione di fosforo) o in cui si sono già verificate ed effettuando prelievi e analisi periodiche di campioni di acqua.

Sono state individuate tre fasi in base alle quali stabilire la frequenza del monitoraggio e le azioni da intraprendere da parte delle autorità preposte: routine, allerta ed emergenza.

La definizione delle fasi si basa su una combinazione di densità delle cellule cianobatteriche, concentrazione di fosforo, concentrazione di cianotossine e numero di specie tossiche presenti contemporaneamente. L'Organizzazione Mondiale della Sanità ha recentemente adottato dei valori guida provvisori per le concentrazioni nelle acque di balneazione per alcune cianotossine. Questi valori sono considerati protettivi per la salute dei bambini (che giocando sulla riva possono ingerire involontariamente più acqua di un adulto e sono perciò a maggior rischio).

Nella fase di routine, il monitoraggio si esegue da giugno a settembre al massimo ogni 15 giorni. Se la densità delle cellule è inferiore a 20.000 cellule per millilitro di acqua (con specifiche condizioni descritte in dettaglio nelle Linee guida), i rischi sanitari sono trascurabili e non ci sono azioni da intraprendere. Nel caso di fioriture o di segnalazioni da parte di bagnanti di fenomeni di irritazione della pelle e degli occhi, si dovrà intensificare il monitoraggio e le autorità dovranno avviare le necessarie misure di prevenzione sanitaria e le attività previste nella fase di allerta.

Durante la fase di allerta, la popolazione deve essere informata sui possibili rischi per la propria salute ma anche sui rischi che corrono gli animali domestici che possono bere grandi quantità di acqua contaminata o, facendo il bagno, essere esposti indirettamente attraverso l’abitudine di leccarsi il pelo (ad esempio per i cani). I controlli devono valutare l’estensione della fioritura, verificare la presenza di più cianotossine, oltre alle microcistine. Potrebbero essere sconsigliate, nelle aree delimitate, attività ricreative che danno luogo a formazione di aerosol come, ad esempio, moto d’acqua, sci nautico, windsurf, canottaggio, ecc...

Il sindaco delle aree allertate deve comunicare al Ministero della Salute le misure di gestione messe in atto per informare il cittadino e prevenire esposizioni pericolose.

Se la densità dei cianobatteri continua ad aumentare, sono presenti schiume galleggianti in superficie, la concentrazione di microcistine è maggiore di una certa quantità e sono presenti più specie che producono tossine diverse, scatta la fase di emergenza.

Durante la fase di emergenza esiste il rischio di effetti più gravi derivanti da ingestione involontaria o accidentale di acqua, pertanto si deve procedere a:

• attivare il piano di sorveglianza sanitaria
• analizzare qualitativamente e quantitativamente le altre tossine, oltre alle microcistine
• determinare le tossine nei prodotti ittici
• rimuovere le schiume tossiche, se possibile
• pulire la spiaggia , in caso di spiaggiamento delle schiume
• informare le autorità sanitarie, per le opportune misure di gestione
• informare i cittadini
• prevenire le esposizioni pericolose, con segnaletica sulla spiaggia, bollettini, sistemi informativi locali, opuscoli, ordinanze.

Queste attività devono essere comunicate al Ministero della Salute e al Ministero dell’Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare.

Cosa fare in caso di fioritura non segnalata

Nel caso l’acqua abbia colorazioni anomale ma non vi siano segnali di avviso sulla spiaggia, potrebbe essere una fioritura non segnalata.

In questo caso bisogna:

• evitare di fare il bagno o altre attività ricreative in quell'area
• allontanarsi dall'acqua e dall'area in cui vi è la fioritura. In caso di irritazione degli occhi o della pelle, si consiglia di recarsi presso il pronto soccorso più vicino, soprattutto se i sintomi non regrediscono spontaneamente dopo 1-2 ore
• non mangiare pesci pescati nella zona della fioritura
• segnalare l’evento ai gestori della spiaggia (se privata) o all'Agenzia Regionale per la Protezione Ambientale (ARPA) o all'autorità sanitaria locale, perché vengano messe in atto tutte le misure precauzionali descritte
• allontanarsi dall'acqua e dall'area esposta, in caso di irritazione degli occhi o della pelle. I sintomi dovrebbero regredire spontaneamente dopo qualche ora. In caso di persistenza, si consiglia di recarsi presso il pronto soccorso più vicino o dal proprio medico curante

Bibliografia

Funari E, Manganelli M, Testai E (Ed.). Cianobatteri: linee guida per la gestione delle fioriture nelle acque di balneazione. Roma: Istituto Superiore di Sanità; 2014. (Rapporti ISTISAN 14/20)

Centers for Disease Control and Prevention (CDC). Harmful Algal Bloom (HAB) – Associated Illness (Inglese)

Buratti F M, Manganelli M, Vichi S, Stefanelli M, Scardala S, Testai E e Funari E. Cyanotoxins: producing organisms, occurrence, toxicity, mechanism of action, and human health toxicological risk evaluation [Sintesi]. Archives of Toxicology. 2017; 91(3): 1049-1130

Chorus, I, Welker M. Toxic Cyanobacteria in Water. 2nd edition. Boca Raton (FL): CRC Press, on behalf of the World Health Organization; 2021

Current approaches to Cyanotoxin risk assessment, risk management and regulations in different countries. Edited by Chorus I. Federal Environment Agency (Umweltbundesamt): Dessau-Roßlau (Germany), 2012

Link approfondimento

Decreto del Ministero della Salute del 30 marzo 2010. Definizione dei criteri per determinare il divieto di balneazione, nonché modalità e specifiche tecniche per l'attuazione del decreto legislativo 30 maggio 2008, n. 116, di recepimento della direttiva 2006/7/CE, relativa alla gestione della qualità delle acque di balneazione. (GU Serie Generale n.119 del 24-05-2010 - Suppl. Ordinario n. 97)

Decreto del Ministero della Salute del 19 aprile 2018. Modifica del decreto 30 marzo 2010, recante: «Definizione dei criteri per determinare il divieto di balneazione, nonché modalità e specifiche tecniche per l’attuazione del decreto legislativo 30 maggio 2008, n. 116, di recepimento della direttiva 2006/7/CE, relativa alla gestione della qualità delle acque di balneazione». (GU Serie Generale n.196 del 24-08-2018 - Parte prima)

Cyanobacterial toxins: microcystins. Background document for development of WHO Guidelines for drinking-water quality and Guidelines for safe recreational water environments. Geneva: World Health Organization; 2020

Cyanobacterial toxins: cylindrospermopsins. Background document for development of WHO Guidelines for drinking-water quality and Guidelines for safe recreational water environments. Geneva: World Health Organization; 2020

Cyanobacterial toxins: anatoxin-a and analogues. Background document for development of WHO Guidelines for drinking-water quality and Guidelines for safe recreational water environments. Geneva: World Health Organization; 2020

Cyanobacterial toxins: saxitoxins. Background document for development of WHO Guidelines for drinking-water quality and Guidelines for safe recreational water environments. Geneva: World Health Organization; 2020