Využití biologických nástrojů pro sledování nebezpečných látek v prostředí

Transkript

1 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.

2 Současná ekotoxikologie?

3

4 EKOLOGIE vs. EKOTOXIKOLOGIE klíčové druhy Knight et al. Nature (2005) 437: 880 Počty šídel vs. ryby Opylování vs. šídla

5 Kidd et al PNAS 104(21): Collapse of a fish population following exposure to a synthetic estrogen. 5 ng/l (!) 7 let expozice OH HO Kontrolní jezera +Ethinylestradiol

6 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)]

7 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)

8 Realita Chemické limity pro konkrétní omezené serie látek Výjimky odtěžené sedimenty reálně zahrnují i hodnocení toxicity

9 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)

10 Využití biologických nástrojů příklady

11 Reálný problém Nádrž Pilňok Region Ostrava-Karviná Rak bahenní Pontastacus leptodactylus INTERSEX Samice s mužskými gonopody? Samec s vajíčky?

12 Integrované hodnocení Sedimenty Pilnok Referenční lokality Karviná, Steinlach (Německo) Extrakce In vivo účinky Chemické analýzy In vitro účinky Bláha et al. (2006) Environment International Mazurová et al. (2008) Aquatic Toxicology Mazurová et al. (2010) Journal of Soils and Sediments

13 Number of specimens Pilňok zvyšuje počty a velikost F1 juvenilů adults juveniles * * C 50%Pilňok 100%Pilňok

14 No. Embryos / female (% of control) Embryonen per Weibchen (% von Kontrolle) Pilňok (sedimenty i extrakty) stimulují produkci embryí 80 Solvent- 60 % Pilnok control 50% Pilnok 4025% Pilnok 75% Pilnok 50% Pilnok 100% Pilnok 75% Pilnok week Woche Pilnok-Sediment Pilnok-Extrakt * *

15 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)

16 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)

17 ng EEQ / L Příkladová studie 1 ČOV Brno Účinnost odstraňování 81 až >98% ČOV vstup : 5 to 147 ng EEQ/L (equivalenty E2) výstup ng EEQ/L Příklad estrogenita OH Influent Effluent HO May 07 June 07 July 07 August 07 September 07 October 07 November 07 December 07 January 08 February 08 March 08 April 08

18 Příkladová studie 2 Malá sídla / ČOV Říční voda nad a pod ČOV (obce 4000 až obyvatel) Menší vodní toky nezatížené dalšími většími zdroji znečištění Vzorkování pasivní vzorkovače POCIS (21 dní)

19 ng EEQ / POCIS Příkladová studie 2 Malá sídla / ČOV Detekce estrogenity 0,06 ng až 4,50 ng EEQ/POCIS V řekách pod ČOV více estrogenní vzorky ve všech případech ESTROGENITA Estrogenita POCIS Pest POCIS Pharm Cvikov a Prachatice estrogenní potenciál v řekách pod ČOV na hranici známých efektivních koncentrací 1 0 nad Králíky pod Králíky nad Jilemnicí pod Jilemnicí nad Cvikovem pod Cvikovem nad Tachovem pod Tachovem nad Volarama pod Volarama nad Vimperkem pod Vimprekem nad Prachaticemi pod Prachaticemi Xenoestrogenní aktivita POCIS Pest a POCIS Pharm

20 Estrogenní (EEQ) a Androgenní (AEQ) látky v ČOV

21 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

22 ng/m 3 log PAHs particle phase gas phase REF A ng/m 3 log10 B PCBs Chemické analýzy particle phase gas phase REF OCPs particle phase A B ng/m 3 log gas phase REF A B

23 Dioxinová toxicita vzduchu TEQ (ng/m 3 log 10) dioxin-like toxicity particle phase gas phase REF A B očástice (vyšší aktivity) i plynná fáze ob > A

24 1/IC25 (1/ (m 3 /ml)log10) Antiandrogenita vzduchu antiandrogenicity particle phase gas phase REF A B opodobné kvantitativní efekty ALE rozdíly mezi regiony A také na částicích / B jen plynná fáze

25 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