Ekotoxikologie na PřF MU
= hodnocení biologického vlivu stresorů od
molekulární a buněčné úrovně až po úroveň systémovou • • • •
Odběry vzorků, terénní studie, laboratorní studie Hodnocení toxicity vzorků, jejich kontaminace Studium mechanismů toxicity i neletálních účinků na různých trofických úrovních Celá řada ekotoxikologických modelů ¾Biochemická, molekulární a buněčná ekotoxikologie a genotoxikologie ¾Ekotoxikologie vodního prostředí ¾Ekotoxikologie půdního prostředí ¾Centrum pro cyanobakterie a jejich toxiny ¾Hodnocení environmentálních rizik, analýzy dat
Biochemická, molekulární a buněčná ekotoxikologie a genotoxikologie v RECETOX
ÚČINEK Populace
Společenstvo
Parametry populace
Strukturní a funkční diverzita
Individuum
Ekosystém Homeostáze a homeorhéza
Nespecifická toxicita Letální účinek
Subletální účinek
Specifická toxicita Genotoxicita
Vitalita/mortalita
Růst/inhibice
nepolární narkóza polární narkóza
Karcinogenita Endokrinní toxicita
blokování respiračního řetězce
Neurotoxicita
inhibitor AchE
Teratogenita
poškození CNS …
Reprodukční toxicita
Biochemická, molekulární a buněčná ekotoxikologie a genotoxikologie •
studium buněčných a biochemických mechanismů působení toxických látek
•
studium mechanismů ekotoxicity i specifických neletálních účinků environmentálních polutantů, chronických typů toxicity
•
využití in vitro testů specifických mechanismů toxicity a genotoxicity
•
mechanismy působení persistentních organických polutantů (POPs) a cyanotoxinů produkovaných sinicemi při rozvoji vodního květu
• In vivo biochemická ekotoxikologie • In vitro toxikologie
Speciální ekotoxikologické biotesty – in vitro • •
standardní testy (normy ISO, ČSN, USEPA) optimalizace/vývoj nových testů
• •
Toxicita Specifické mechanismy neletálních účinků ¾ Genotoxicita ¾ Dioxinová aktivita ¾ Mechanismy endokrinní disrupce – estrogenita, androgenita ¾ Imunotoxicita ¾ Biochemická ekotoxicita
•
Testování čistých látek (environmentální polutanty) modelových směsí komplexních environmentálních extraktů (voda, sedimenty, půda,vzduch, prachové částice, …)
In vitro toxikologie In vitro testy pro hodnocení toxicity, genotoxicity i specifických mechanismů neletálních účinků individuálních polutantů a jejich směsí Testy na původních či geneticky modifikovaných prokaryotických či eukaryotických buňkách BAKTERIÁLNÍ TESTY, KVASINKOVÉ TESTY
TESTY NA TKÁŇOVÝCH KULTURÁCH (Laboratoř tkáňových kultur) (
Nespecifické skríningové testy toxicity -Rychlá odpověď -Miniaturizace testů
Bakterie, kvasinky, živočišné buňky
„Možná, že se vám pane doktore zdá, že tady nikdo není. Ale já ji tuším, tu bestii bakteriální!“ Kresba © Pavel Kantorek
Praktická aplikace baterie screeningových testů
Hodnocení nebezpečnosti chemických látek vstupujících do reálného prostředí
Hodnocení nebezpečnosti čistých chemických látek
Přesná identifikace nebezpečnosti studované látky Úplné závislosti "dávka-účinek"
Hodnocení nebezpečnosti látek, které jsou v laboratorních podmínkách aplikovány do studovaných reálných vzorků
Testy reálné
BIODOSTUPNOSTI (schopnosti inaktivace chemických látek)
účinek
100 70 40 10 -20
dávka
(SSBA)
Hodnocení environmentálních rizik Testy reálných vzorků
Testy na screeningový odhad "bezpečné dávky" (PNEC) Z podrobných analýz baterie lze provést odhad této předpovídané dávky bez nepříznivého vlivu pro procaryota
PEC / PNEC PEC…předpokládaná env. koncentrace (nutné chemické analýzy a detailní separační techniky)
Cílený test TOXICITA
GENOTOXICITA
Analýza komplexní odpovědi mikroorganismu na přítomnost vzorku
Interpretace se srovnáním s výsledky chemických analýz
Testy vzorků pevné fáze
TREND:
Microtox – vodný výluh
STP kontaktní test
Microtox – organický extrakt
Skríningové testy toxicity - aplikace testů na prokaryotických mikroorganismech
GENETICKÁ EKOTOXIKOLOGIE
studium mutagenních účinků chemických látek a záření v ŽP Princip testu: Eukaryotic cells
GreenScreen® test for genotoxicity Experimental Design
Endokrinní disruptory Syntéza hormonů Transport hormonů
Interakce s receptory
Metabolizace hormonů
In vitro modely pro studium specifických účinků toxikantů Působení látek přes specifické receptory Modely - transgenní buňky a kvasinky • dioxinový receptor • estrogenní receptor • androgenní receptor • retinoidní receptor Model pro studium ovlivnění produkce hormonů Cholesterol CYP11A Pregnenolon
CYP17
17OH-Pregnenolon
3β-HSD Progesteron
CYP17
CYP21 11Deoxykortikosteron CYP11B1 Kortikosteron
3β-HSD 17OH-Progesteron CYP21 11-Deoxykortisol CYP11B1 Kortisol
CYP17
DHEA
3β-HSD CYP17 Androstenedion 17β-HSD Testosteron CYP19 17β-Estradiol
CYP11B2 Aldosteron Kůra nadledvin
Gonády
Model s reportérovým genem
Endokrinní disrupce (ED) = narušení hormonální rovnováhy organismů s potenciálními negativními následky pro celkovou homeostázu, reprodukční, vývojové a behaviorálních funkce Problém: Vysoký výskyt intersexu (18%) v populaci raka bahenního Pontastacus (syn. Astacus) leptodactylus na lokalitě v Ostravské oblasti Odebrány sedimenty – testovány v celé řadě testů – vliv na reprodukci in vivo, ovlivnění hormonálních receptorů, ovlivnění syntézy hormonů, chemické analýzy
Fig. 3.Location ofsampling sites(redmark )– Ostrava -Karvina region, where sludge lagoon sediments takenfrom.
Komplexní přístup In situ hodnocení Biotesty
Chemické analýzy
Huminové látky (HS) •
Přirozený výskyt ve vodách i půdách
•
Humifikace – vznik HS z neživé organické hmoty
•
vykazují nepřímé i přímé biologické účinky - výzkum mechanismu působení - změny působení pod vlivem slunečního záření
Rio Negro cHS ~ 50 mg/l
www.brics.dk/~brabrand/brasil2004/ www.medicinar.mef.hr/galerija/s_kolega1/3.htm
Ozařování HS
Biochemické mechanismy ekotoxicity Xenobiotika
Bioaktivace
• environmentální polutanty
• PHS • LPO
• léky
• P450
Reaktivní intermediáty elektrofily volné radikály
• DNA • proteiny • lipidy
• agrochemikálie
Reaktivní kyslíkové radikály
Eliminace
Cílové molekuly
Poškození • adukty • oxidace
• UDPGTs
Detoxifikace
Buněčná ochrana
Teratogenita
• GSH
• GSH • GR
• GST
• GPx • SOD
Malformace
• epoxid hydroláza
• GST • Cat
Mortalita
• G6PD
....
146 121 137 95 128 152
168 108 146 134
121 136 100 135
CYP11B2 17βHSD4 CYP11A 3βHSD2 CYP19 HMGR
STAR CYP21 CYP11B2 CYP17
17βHSD4 17βHSD1 β-actin 17βHSD2 MW marker
124
Product size
18SrRNA
MW marker
Gene
Metody proteomiky, molekulární biologie
Moderní přístupy studia biochemických a buněčných mechanismů – využití metod: ¾ Biochemie ¾ Imunologie ¾ Molekulární biologie ¾ Mikrobiologie ¾ Analytické chemie
!!! Možnost zajímavých bakalářských, diplomových a doktorských projektů i pro absolventy bakalářského či magisterského studia jiných biologických či chemických oborů
RECETOX Kamenice 126/3, Brno – Bohunice Tel: 549 493 256, 776 741 900 Fax: 549 492 840 E-mail:
[email protected] www.recetox.muni.cz www.recetox.muni.cz/studium
Přijďte se k nám podívat!!! Kamenice 3, 4.p. Dny otevřených dveří: 2.10. 13:00 7.10. 14:00
