Kemikalier har förbättrat vår livskvalitet. Men samtidigt, de utgör en avsevärd risk för människor och miljö:bekämpningsmedel, läkemedel och mjukgörare kommer in i miljön och näringskedjan, orsakar oönskade effekter utöver de önskade. Trots gällande lagstiftning, riskbedömning och övervakning är fortfarande otillräcklig.

Detta beror på bland andra faktorer, att det nuvarande tillvägagångssättet för att utvärdera de potentiella farorna med kemikalier baseras på ett relativt litet antal enskilda komponenter. I dag, det finns en ökad medvetenhet om att människor och miljön utsätts för en cocktail av tiotusentals kemikalier. Endast en bråkdel av dessa kemikalier har hittills identifierats; Effekten på biologiska system och enskilda kemikaliers och nedbrytningsprodukters roll i cocktailen är fortfarande i stort sett oklar. På samma gång, antalet nya kemikalier som registreras ökar snabbt:från 20 miljoner till 156 miljoner mellan 2002 och 2019. Allt detta gör det svårt att upptäcka orsak-verkan samband och kräver nya teoretiska modeller och metodologiska tillvägagångssätt.

Av denna anledning, granskningen av den grupp av författare som leds av prof. Beate Escher från UFZ ger en översikt över de teknologier som är lämpliga för att identifiera kemikalier i komplexa blandningar och fånga deras effekter. De utvärderar vidare potentialen och begränsningarna för dessa tekniker.

Publikationen klargör att det inte bara är en fråga om analysmetoder – framgången för analysförfaranden är också beroende av "vad" prover tas och "hur" de bearbetas. Att använda samma tillvägagångssätt för olika typer av prover – allt från vatten och jord till blod eller vävnad – gör det möjligt att jämföra resultaten senare. Servetter eller silikonarmband, bland annat, understryks som särskilt innovativa i sin förmåga att fånga individers personliga exponering för föroreningar.

Möjligheterna med kemisk analys har sett enorma förbättringar tack vare tillväxten, utveckling och tillgänglighet av högupplöst masspektrometri (HR-MS). Ofta i kombination med ytterligare teknik, HR-MS kan detektera tiotusentals signaler i biologiska och miljömässiga prover. Det ligger också till grund för "misstänkt screening" för att identifiera okända kemikalier i komplexa blandningar. "Detta gör det möjligt för oss, bland annat, att upptäcka nya problematiska föroreningar i miljön, " säger Beate Escher. "Men den kommer aldrig att kunna fånga upp varje enskild substans. Även ämnen som finns under den instrumentella detektionsgränsen eller under effekttröskeln kan bidra till risk."

Gruppen av forskare rekommenderar därför att komplettera kemiska analysprocedurer med bioanalytiska verktyg som specifikt kan fånga blandningseffekter vid utvärderingen av toxiciteten hos avloppsvatten och sediment. Traditionellt, helorganism in vivo bioanalyser användes för detta ändamål, men sådana bioanalyser led av begränsad provgenomströmning, bland andra nackdelar. Framstegen med in vitro cellulära bioanalyser har nu öppnat upp ytterligare möjligheter som inte bara minskar behovet av djurförsök utan också är mottagliga för robotik med hög genomströmning. "Tillämpningen av in vitro-analyser med hög genomströmning för miljöriskbedömning av blandningar och komplexa miljöprover är bara på väg men har stor potential, " hävdar Beate Escher.

Att komplettera högupplöst masspektrometri med bioanalytiska verktyg gör det möjligt att fånga information om effekterna av alla kemikalier i ett prov. Prof. Escher anser att en kombination av dessa två verktyg har potential att revolutionera miljöövervakningen. Detta är en av anledningarna till att teknikplattformen CITEPro (Chemicals in the Environment Profiler) etablerades vid UFZ. Denna plattform tillåter beredning och testning av prover med hjälp av analytiska och bioanalytiska procedurer med hög genomströmning. Men CITEPro är mer än bara hårdvara. Det är ett koncept utformat för att karakterisera exposomen – med andra ord, att fånga helheten av alla miljöpåverkan som en individ utsätts för under sin livstid. Detta inkluderar externa faktorer (kemikalier i luften, i vatten eller livsmedel) och inre kemikalier som produceras av en organism som svar på olika stressfaktorer.

Slutsats

Antalet kemikalier som identifieras i miljöprover med hjälp av sofistikerad instrumentanalys ökar stadigt. Under de senaste åren, bättre verktyg har utvecklats för att undersöka deras kombinerade effekter och mekanismer för toxicitet. Det är dock fortfarande svårt att klarlägga drivkrafterna för kemisk stress i miljön. Länkarna mellan miljön, vilda djur och människor kan bara skapas genom att tillämpa en integrerad strategi för övervakning och utvärdering.

Att spåra kemikalier och deras omvandlingsprodukter i miljön och i våra kroppar är en enorm (bio)analytisk utmaning:provtagning, extraktion, kemisk detektion och dataanalys måste alla finjusteras till varandra för att få robust information.

Att kvantifiera blandningseffekter är ett sätt att fånga alla närvarande kemikalier och deras bioaktiva omvandlingsprodukter. Blandningarnas tydliga relevans och det faktum att det finns tusentals kemikalier i miljön och våra kroppar gör att en förändring av det befintliga regleringsparadigmet mot blandningseffekter är brådskande.