Närhelst organiskt material förbränns, som i en löpeld, ett kraftverk, en bils avgaser, eller i daglig matlagning, vid förbränningen frigörs polycykliska aromatiska kolväten (PAH) – en klass av föroreningar som är kända för att orsaka lungcancer.

Det finns mer än 100 kända typer av PAH-föreningar som släpps ut dagligen till atmosfären. Regulatorer, dock, har historiskt förlitat sig på mätningar av en enda förening, benso(a)pyren, för att mäta ett samhälles risk att utveckla cancer från PAH-exponering. Nu har MIT-forskare funnit att benso(a)pyren kan vara en dålig indikator på denna typ av cancerrisk.

I en modellstudie som visas idag i tidskriften Geohälsa, teamet rapporterar att benso(a)pyren spelar en liten roll – cirka 11 procent – ​​i den globala risken att utveckla PAH-associerad cancer. Istället, 89 procent av cancerrisken kommer från andra PAH-föreningar, varav många inte är direkt reglerade.

Intressant, cirka 17 procent av PAH-associerad cancerrisk kommer från "nedbrytningsprodukter" - kemikalier som bildas när PAH som släpps ut reagerar i atmosfären. Många av dessa nedbrytningsprodukter kan faktiskt vara giftigare än den avgivna PAH som de bildades av.

Teamet hoppas att resultaten kommer att uppmuntra forskare och tillsynsmyndigheter att se bortom benso(a)pyren, att överväga en bredare klass av PAH när man bedömer ett samhälles cancerrisk.

"De flesta av regleringsvetenskapen och standarderna för PAH är baserade på benso(a)pyrennivåer. Men det är en stor blind fläck som kan leda dig in på en väldigt fel väg när det gäller att bedöma om cancerrisken förbättras eller inte, och om det är relativt värre på ett ställe än på ett annat, " säger studieförfattaren Noelle Selin, en professor vid MIT:s Institute for Data, System och samhälle, och Department of Earth, Atmosfärs- och planetvetenskap.

Selins MIT-medförfattare inkluderar Jesse Kroll, Amy Hrdina, Ishwar Kohale, Skogsvit, och Bevin Engelward, och Jamie Kelly (som nu är på University College London). Peter Ivatt och Mathew Evans vid University of York är också medförfattare.

Kemiska pixlar

Benso(a)pyren har historiskt sett varit affischkemikalien för PAH-exponering. Substansens indikatorstatus är till stor del baserad på tidiga toxikologiska studier. Men nyare forskning tyder på att kemikalien kanske inte är den PAH-representant som tillsynsmyndigheter länge har förlitat sig på.

"Det har funnits en del bevis som tyder på att benso(a)pyren kanske inte är särskilt viktigt, men detta var från bara några fältstudier, säger Kelly, en tidigare postdoc i Selins grupp och studiens huvudförfattare.

Kelly och hans kollegor tog istället ett systematiskt tillvägagångssätt för att utvärdera benso(a)pyrenens lämplighet som PAH-indikator. Teamet började med att använda GEOS-Chem, en global, tredimensionell kemisk transportmodell som bryter upp världen i individuella rutnätslådor och simulerar inom varje box reaktionerna och koncentrationerna av kemikalier i atmosfären.

De utökade denna modell till att omfatta kemiska beskrivningar av hur olika PAH-föreningar, inklusive benso(a)pyren, skulle reagera i atmosfären. Teamet pluggade sedan in senaste data från utsläppsinventeringar och meteorologiska observationer, och körde modellen framåt för att simulera koncentrationerna av olika PAH-kemikalier runt om i världen över tid.

Riskfyllda reaktioner

I sina simuleringar, forskarna började med 16 relativt väl studerade PAH-kemikalier, inklusive benso(a)pyren, och spårade koncentrationerna av dessa kemikalier, plus koncentrationen av deras nedbrytningsprodukter under två generationer, eller kemiska omvandlingar. Totalt, teamet utvärderade 48 PAH-arter.

De jämförde sedan dessa koncentrationer med faktiska koncentrationer av samma kemikalier, registreras av övervakningsstationer runt om i världen. Denna jämförelse var tillräckligt nära för att visa att modellens koncentrationsförutsägelser var realistiska.

Sedan i varje modells rutnät, forskarna relaterade koncentrationen av varje PAH-kemikalie till dess associerade cancerrisk; att göra detta, de var tvungna att utveckla en ny metod baserad på tidigare studier i litteraturen för att undvika dubbelräkningsrisker från de olika kemikalierna. Till sist, de överlagrade kartor över befolkningstäthet för att förutsäga antalet cancerfall globalt, baserat på koncentrationen och toxiciteten för en specifik PAH-kemikalie på varje plats.

Att dela upp cancerfallen efter population gav cancerrisken förknippad med den kemikalien. På det här sättet, teamet beräknade cancerrisken för var och en av de 48 föreningarna, fastställde sedan varje kemikalies individuella bidrag till den totala risken.

Denna analys visade att benso(a)pyren hade ett förvånansvärt litet bidrag, på cirka 11 procent, till den totala risken att utveckla cancer från PAH-exponering globalt. 89 procent av cancerrisken kom från andra kemikalier. Och 17 procent av denna risk uppstod från nedbrytningsprodukter.

"Vi ser platser där du kan hitta koncentrationer av benso(a)pyren är lägre, men risken är högre på grund av dessa nedbrytningsprodukter, " Säger Selin. "Dessa produkter kan vara storleksordningar giftigare, så det faktum att de är i små koncentrationer betyder inte att du kan skriva av dem."

När forskarna jämförde beräknade PAH-relaterade cancerrisker runt om i världen, de fann betydande skillnader beroende på om riskberäkningen enbart baserades på koncentrationer av benso (a) pyren eller på en regions bredare blandning av PAH -föreningar.

"Om du använder den gamla metoden, du skulle tycka att livstidscancerrisken är 3,5 gånger högre i Hongkong kontra södra Indien, men med beaktande av skillnaderna i PAH -blandningar, du får en skillnad på 12 gånger, " säger Kelly. "Så, det är stor skillnad i den relativa cancerrisken mellan de två platserna. Och vi tror att det är viktigt att utöka gruppen av föreningar som tillsynsmyndigheter tänker på, bortom bara en enda kemikalie."

Teamets studie "ger ett utmärkt bidrag till att bättre förstå dessa allestädes närvarande föroreningar, säger Elisabeth Galarnaau, en luftkvalitetsexpert och Ph.D. forskare vid Kanadas miljödepartement. "Det kommer att bli intressant att se hur dessa resultat jämförs med arbete som utförs någon annanstans ... för att fastställa vilka (föreningar) som måste spåras och beaktas för att skydda människors och miljöhälsan."

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.