Kemikalier i miljøet:Fokus på blandinger

Kemikalier har forbedret vores livskvalitet. Men samtidig, de udgør en betydelig risiko for mennesker og miljøet:pesticider, lægemidler og blødgørere kommer ind i miljøet og fødekæden, forårsager uønskede effekter ud over de ønskede. På trods af den gældende lovgivning, risikovurdering og overvågning er fortsat utilstrækkelig.

Dette skyldes, blandt andre faktorer, at den nuværende tilgang til vurdering af de potentielle farer fra kemikalier er baseret på et relativt lille antal individuelle komponenter. I dag, der er øget bevidsthed om, at mennesker og miljø udsættes for en cocktail af titusindvis af kemikalier. Kun en brøkdel af disse kemikalier er blevet identificeret til dato; effekten på biologiske systemer og de enkelte kemikaliers og nedbrydningsprodukters rolle i cocktailen er fortsat stort set uklar. På samme tid, antallet af nye registrerede kemikalier er hastigt stigende:fra 20 millioner til 156 millioner mellem 2002 og 2019. Alt dette gør det vanskeligt at opdage årsag-virkning sammenhænge og nødvendiggør nye teoretiske modeller og metodiske tilgange.

Af denne grund, gennemgangen af ​​gruppen af ​​forfattere ledet af prof. Beate Escher fra UFZ giver et overblik over de teknologier, der er egnede til at identificere kemikalier i komplekse blandinger og fange deres virkninger. De evaluerer yderligere potentialet og begrænsningerne ved disse teknologier.

Publikationen præciserer, at dette ikke kun er et spørgsmål om analysemetoder – succesen med analytiske procedurer afhænger også af "hvilke" prøver der tages, og "hvordan" de behandles. Brug af de samme metoder til forskellige typer prøver - lige fra vand og jord til blod eller væv - gør det muligt at sammenligne resultaterne senere. Servietter eller silikone armbånd, blandt andet, understreges som værende særligt innovative i deres evne til at fange individers personlige eksponering for forurenende stoffer.

De muligheder, som kemisk analyse giver, har oplevet enorme forbedringer takket være væksten, udvikling og tilgængelighed af højopløselig massespektrometri (HR-MS). Ofte kombineret med yderligere teknologier, HR-MS kan detektere titusindvis af signaler i biologiske og miljømæssige prøver. Det danner også grundlag for "mistænkt screening" for at identificere ukendte kemikalier i komplekse blandinger. "Dette gør det muligt for os, blandt andet, at opdage nye problematiske forurenende stoffer i miljøet, " siger Beate Escher. "Men den vil aldrig kunne fange hvert enkelt stof. Selv stoffer, der er til stede under den instrumentelle detektionsgrænse eller under effekttærsklen, kan bidrage til risikoen."

Forskergruppen anbefaler derfor at supplere kemiske analyseprocedurer med bioanalytiske værktøjer, der specifikt er i stand til at fange blandingseffekter i vurderingen af ​​toksiciteten af ​​spildevandsspildevand og sedimenter. Traditionelt, helorganisme in vivo bioassays blev brugt til dette formål, men sådanne bioassays led af begrænset prøvegennemstrømning, blandt andre ulemper. Fremme af in vitro cellulære bioassays har nu åbnet op for yderligere muligheder, som ikke kun reducerer behovet for dyreforsøg, men også er modtagelige for højkapacitetsrobotik. "Anvendelsen af ​​high-throughput in vitro-assays til miljørisikovurdering af blandinger og komplekse miljøprøver er kun på vej, men har et stort potentiale, " slår Beate Escher fast.

Supplering af højopløsningsmassespektrometri med bioanalytiske værktøjer gør det muligt at indfange information om virkningerne af alle kemikalier i en prøve. Prof. Escher er af den opfattelse, at en kombination af disse to værktøjer har potentialet til at revolutionere miljøovervågning. Dette er en af ​​grundene til, at CITEPro teknologiplatformen (Chemicals in the Environment Profiler) blev etableret på UFZ. Denne platform tillader forberedelse og testning af prøver ved hjælp af high-throughput analytiske og bioanalytiske procedurer. Men CITEPro er mere end blot hardware. Det er et koncept designet til at karakterisere eksponeringen – med andre ord, at fange helheden af ​​alle miljøpåvirkninger, som et individ er udsat for i løbet af deres levetid. Dette inkluderer eksterne faktorer (kemikalier i luften, i vand eller fødevarer) og interne kemikalier produceret af en organisme som reaktion på forskellige stressfaktorer.

Konklusion

Antallet af kemikalier identificeret i miljøprøver ved hjælp af sofistikeret instrumentel analyse er støt stigende. I de senere år, bedre værktøjer er blevet udviklet til at undersøge deres kombinerede virkninger og mekanismer for toksicitet. Ikke desto mindre er det stadig vanskeligt at belyse årsagerne til kemisk stress i miljøet. Forbindelserne mellem miljøet, vilde dyr og mennesker kan kun laves ved at anvende en integreret tilgang til overvågning og evaluering.

At spore kemikalier og deres omdannelsesprodukter i miljøet og i vores kroppe er en enorm (bio)analytisk udfordring:prøveudtagning, udvinding, kemisk detektion og dataanalyse skal alle finjusteres til hinanden for at opnå robust information.

Kvantificering af blandingseffekter er en måde at fange alle tilstedeværende kemikalier og deres bioaktive transformationsprodukter på. Den klare relevans af blandinger og det faktum, at der er tusindvis af kemikalier til stede i miljøet og vores kroppe, betyder, at der er et presserende behov for et skift i det eksisterende reguleringsparadigme mod blandingseffekter.