Využití biologických nástrojů pro sledování nebezpečných látek v prostředí Luděk Bláha, Klára Hilscherová, Jakub Hofman, Jiří Novák, Michal Bittner, Barbora Jedličková, Tereza Štěpánková, Petra Macíková, Martin Beníšek, Jana Klánová, Ivan Holoubek a kol.
www.recetox.cz
Současná ekotoxikologie ?
EKOLOGIE vs. EKOTOXIKOLOGIE „klíčové druhy“
Knight et al. Nature (2005) 437: 880
Počty šídel vs. ryby
„Opylování“ vs. šídla
Kidd et al. 2007. PNAS 104(21):8897-8901
Collapse of a fish population following exposure to a synthetic estrogen. 5 ng/L (!) 7 let expozice OH
HO
Kontrolní jezera
+Ethinylestradiol
Toxické chemikálie a globální problémy ? Promíchávání oceánů -> ochlazování / fungování zeměkoule [Nature 447, p.522, May 31, 2007]
Mořský život přispívá cca 50% k mechanické energii nutné k promíchávání oceánů [Dewar, Marine Res 64:541 (2006)] [Katija a Dabiri, Nature 460:624 (2009)]
Hodnocení toxických dopadů na biotu (ekotoxikologické biotesty) Přídavek látky (Cu)
[ Přídavek směsi - vzorku ]
Účinky - koncentrace (celkový/rozpuštěný Cu) Extrapolace = PNECs nebo EQCs = LIMITY (celkový/rozpuštěný Cu)
Realita Chemické limity pro konkrétní omezené serie látek
Výjimky …odtěžené sedimenty … reálně zahrnují i hodnocení toxicity
Hodnocení toxických dopadů na biotu (ekotoxikologické biotesty) Problémy •
Ekotoxikologové jsou stále „vědecky sebekritičtí“ a tedy nesrozumitelní pro účely legislativy (chemický limit je jednodušší na pochopení)
•
Testuje se zpravidla akutní toxicita (menší problém v našem západním světě)
Významný „chronický“ problém
endokrinní disruptory
•
Často neznáme strukturu EDC (nelze chemicky analyzovat)
Využití biologických nástrojů příklady
Reálný problém Nádrž Pilňok • Region Ostrava-Karviná
Rak bahenní Pontastacus leptodactylus INTERSEX Samice s mužskými gonopody? Samec s vajíčky?
Integrované hodnocení Sedimenty • Pilnok • Referenční lokality
Karviná, Steinlach (Německo)
Extrakce Chemické analýzy
In vivo účinky In vitro
účinky
Bláha et al. (2006) Environment International Mazurová et al. (2008) Aquatic Toxicology Mazurová et al. (2010) Journal of Soils and Sediments
Number of specimens
Pilňok zvyšuje počty a velikost F1 juvenilů adults
50
juveniles
40
*
*
30 20 10 0 C
50%Pilňok
100%Pilňok
Pilňok (sedimenty i extrakty) stimulují produkci embryí No. Embryos / female Embryonen per Weibchen of control) (% Kontrolle) (% von
160
**
140 120 100 80
60 Solvent4025% Pilnok 75% Pilnok 50% Pilnok 75% Pilnok 100% Pilnok 5% Pilnok control 50% Pilnok 20 0 1
2
3
4
5
6
7
Woche week Pilnok-Sediment
Pilnok-Extrakt
8
Molekulární a biochemická ekotoxikologie In vitro biotesty pro nové typy polutantů: dioxiny, genotoxiny, endokrinní toxikanty (estrogeny, androgeny, kortikoidy…) luciferasové & GFP reportery (bakterie, kvasinky, savčí buňky)
Příkladová studie 1 – ČOV Brno Čistírna odpadních vod (Brno, Modřice) - roční studie (vstup/výstup; May 2007 – April 2008) - kompozitní vzorky (24h), každý měsíc - 12 období - příprava pro testování (SPE a analýza účinků)
Příkladová studie 1 – ČOV Brno Účinnost odstraňování 81 až >98% ČOV vstup : 5 to 147 ng EEQ/L (equivalenty E2) výstup 0.1 - 4 ng EEQ/L Effluent
OH
HO
07 Au Se gus t pt em 07 be r0 O 7 ct ob er N ov em 07 b D ec er 0 em 7 be r0 Ja nu 7 a Fe ry 0 br 8 ua ry 08 M ar ch 0 Ap 8 ril 08
Ju ly
07
Ju ne
ay
07
175 150 125 100 75 50 25 0 M
ng EEQ / L
Influent
Příklad estrogenita
Příkladová studie 2 – Malá sídla / ČOV
Říční voda nad a pod ČOV (obce 4000 až 13000 obyvatel) Menší vodní toky nezatížené dalšími většími zdroji znečištění Vzorkování – pasivní vzorkovače POCIS (21 dní)
Příkladová studie 2 – Malá sídla / ČOV ESTROGENITA Estrogenita
Detekce estrogenity 0,06 ng až 4,50 ng EEQ/POCIS ng EEQ / POCIS
5 4 3 2 1 0 Kr po álík y d Kr na ál ík d y Ji le m po ni d cí Ji l e na m ni d c C vik í po ov d e C vik m na ov d Ta em po cho d ve Ta m ch ov na e d Vo m po lar a d V o ma na la d ra Vi m m a po pe d rk Vi em m na p d re Pr ke a m ch po at d ic Pr em ac i ha tic em i
Cvikov a Prachatice estrogenní potenciál v řekách pod ČOV na hranici známých efektivních koncentrací
POCIS Pharm
na d
V řekách pod ČOV více estrogenní vzorky ve všech případech
POCIS Pest
Xenoestrogenní aktivita POCIS Pest a POCIS Pharm
Estrogenní (EEQ) a Androgenní (AEQ) látky v ČOV
Příkladová studie 3 – Specifické efekty vzduchu Aktivní vzorkování (léto 2005) částice vs. plynná fáze • Referenční lokalita – zemědělská oblast (observatoř Košetice) • Region A –chemický průmysl (OCPs, Středočeský kraj) • Region B – výroba barev, zemědělství, doprava (Uherskohradišťsko) Novák et al. (2009) Environment International
Chemické analýzy
ng/m3 log 10
PAHs particle phase gas phase
1000 100 10 1 0.1 REF 1
2
3
4
5
6
1
2
3
A
4
5
6 PCBs
B
gas phase
1
ng/m3 log10
particle phase
0.1 0.01 0.001 REF 1 2
A
ng/m3 log10
OCPs particle phase gas phase
1000 100 10 1 0.1 0.01 0.001 REF 1
2
3
4 A
5
3 4
6
1
2
3
4 B
5
6
5
6 1
2 3
4 5 B
6
Dioxinová toxicita vzduchu dioxin-like toxicity particle phase
TEQ (ng/m3 log 10)
100
gas phase 10 1 0.1 REF 1
2
3
4
5
6
A oČástice (vyšší aktivity) i plynná fáze oB > A
1
2
3
4 B
5
6
Antiandrogenita vzduchu 1/IC25 (1/ (m 3/ml)log10)
antiandrogenicity particle phase
1000
gas phase
100 10 1 0.1 REF 1
2
3
4 A
5
6
1
2
3
4 B
oPodobné kvantitativní efekty ALE rozdíly mezi regiony A – také na částicích / B – jen plynná fáze
5
6
Shrnutí a závěry - Biotesty poskytují informace, které chemické analýzy nedokážou zprostředkovat - Poznání a kvalitní zhodnocení účinků toxických látek v prostředí vyžaduje komplementární využití chemických i biologických nástrojů - Výsledky biotestů jsou kvalitní a ekologicky relevantní (… s větší variabilitou než chemické analýzy, což je pro realitu přirozené)
… a je třeba pracovat na jejich začlenění do legislativy
… díky za pozornost
