Vattenloppor eller Daphnia , skulle kunna utgöra ett viktigt "tidigt varningssystem" för kemiska föroreningar i våra sjöar och floder.

Dessutom, där förebyggande av föroreningar har misslyckats, Daphnia skulle kunna fungera som ett biosaneringsmedel för att minska riskerna.

Forskare, ledda av University of Birmingham, har utarbetat ett nytt ramverk med hög genomströmning "omics"-teknologier för att upptäcka effekterna av omgivande kemiska blandningar - av den typ och koncentration som vanligtvis finns i miljön - på levande organismers biologi. Metoden använder Daphnia för att förstå vilka kemikalier som kan vara giftiga för andra arter och hur. Detta är möjligt eftersom alla djur, inklusive människor, delar gener som underbygger deras svar på miljöförändringar inklusive exponering för föroreningar.

Resultaten, publicerade i Environmental Science and Technology, erbjuda ett välbehövligt framsteg i hur befintliga och nya risker från kemiska föroreningar bedöms och mildras. Arbetet skulle kunna ge betydande förbättringar av hur kemikalier regleras.

Många moderna sjukdomar som cancer och autoimmuna sjukdomar kan kopplas till kemisk förorening, men kemikaliers säkerhet bedöms för närvarande med föråldrade metoder, testning av en kemikalie i taget och med fokus separat på farorna för människor och miljö. Ett nytt tillvägagångssätt är brådskande eftersom det finns minst 235 000 enskilda kemikalier och 125 000 oreglerade kemikalieblandningar i miljön.

Medan Daphnia har länge erkänts som en "sentinel art", som används för att identifiera och sätta exponeringsgränser för giftiga kemikalier genom förordning, det nyligen publicerade ramverket utökar och förfinar deras roll avsevärt. Den aktiverar Daphnia att upptäcka bioaktiva komponenter i omgivande kemiska blandningar och förutsäga vilka kemikalier som sannolikt kommer att vara skadliga.

Med hjälp av kunskapen om att alla djur utvecklas från en gemensam förfader, kvantifierar teamet toxicitet i Daphnia och förutsäger dess inverkan på andra arter. I detta ramverk, Daphnia fungerar som en kanariefågel i en kolgruva, vilket ger ett tidigt varningssystem för toxicitet.

Samtidigt visar teamet också att Daphnia stammar som är naturligt anpassade till kemisk förorening kan användas som "borttagningsmedel" för att ta bort kemikalier från vatten via bioackumulering, och på så sätt förbättra miljöskyddet på ett hållbart sätt.

Arbetet är viktigt eftersom kemikalier som produceras i hushålls- och industriprocesser, samt i jordbruket, inte elimineras genom rening av avloppsvatten och hamnar i våra vattendrag. Därifrån ackumuleras de genom näringskedjan och hittar så småningom in på våra bord som mat och dricksvatten.

Det nya ramverket involverade University of Birmingham, i samarbete med kollegor på Friends of the Muskoka Watershed, i Kanada, China Jiliang University och Alan Turing Institute.

Professor Luisa Orsini, seniorförfattare på tidningen, sa:"Vi behöver bättre diagnostik av kemikaliernas inverkan på vilda djur och människor, men också när kemikalier har kommit in i miljön behöver vi en hållbar sanering av deras påverkan. Daphnia är ett litet kräftdjur på storleken av ett riskorn och förbises ofta. Ändå är de superrikliga och kan revolutionera hur vi bedömer och mildrar kemiska föroreningar på ett hållbart sätt. Detta kommer att ha positiva effekter på människors hälsa och hjälpa till att förebygga sjukdomar i samband med kemisk förorening."

Dr Li, motsvarande författare på tidningen, sa:"Fallstudien som vi rapporterar i tidningen visar hur vi med hjälp av maskininlärning kan identifiera bioaktiva föroreningar i omgivande kemiska blandningar som finns i flodvatten, och identifiera mål för regulatorer."

Teamet förutser att det tillvägagångssätt som de har utvecklat kan erbjuda en stegvis förändring av kemikalieregleringen där kemikalier vanligtvis bedöms isolerat och vanligtvis i höga koncentrationer, utan att de kumulativa effekterna av lägre doser och kemiska blandningar ignoreras.

En ytterligare viktig fördel med det nya tillvägagångssättet är att det ger en möjlighet att minska kemiska tester på djur. Ramverket visar också att naturbaserade lösningar är ett lovande alternativ till nuvarande kemiska/mekaniska processer, för att möjliggöra återanvändning av vatten. University of Birmingham leder ett internationellt partnerskap för att förbättra kemikaliesäkerhetsbedömningen genom att använda icke-traditionella, mer etiska modellarter och beräkningsmetoder. + Utforska vidare

Kemiska cocktails orsakar hälsorisker för barn och vuxna