Pavel Babica
Pavel Babica
Projekt: PS4CTX - Nový přístup pro monitorování, hodnocení toxicity a hodnocení rizik sinicových toxinů – použití pasivních vzorkovačů
Školitel: doc. Ing. Blahoslav Maršálek, CSc.
Hostitelská instituce: Botanický ústav Akademie věd ČR
Země původu: Česká republika
Země vědeckého působení: USA
Délka projektu: 24 měsíců
Panel: Environmentální vědy
Abstrakt:
Cílem projektu je zkombinovat odborné znalosti a unikátní pozici hostitelské instituce v oblasti výzkumu cyanobaktérií (sinic) a cyanotoxinů (sinicových toxinů) s vynikajícími zkušenostmi reintegrujícího se vědce v tomto oboru, a jeho rozsáhlé znalosti o nádorové promoci a epigenetické toxicitě, které získal během své postdoktorální stáže na Michigan State University. Projekt se bude věnovat problematice znečištění vody sinicovými toxiny v Jihomoravském kraji (JMK) s využitím inovativního přístupu kombinujícího nejmodernější metody environmentální chemie, analýzy zdravotních rizik a in vitro toxikologie. Nádorově promoční cyanotoxiny microcystiny (MC) jsou považovány za významný zdravotní a hygienický problém v ČR, kde jsou tyto látky detekovány v přibližně 70% nádrží včetně vodárenských nádrží v JMK. O koncentracích MC v pitných vodách je však k dispozici pouze omezené množství údajů. Cílem projektu proto bude monitorovat výskyt MC v pitných vodách a úpravnách vod pomocí nového a ve světě ojedinělého přístupu založeném na pasivním vzorkování a použít získaná data pro analýzu zdravotních rizik spojených s výskytem MC v pitných vodách. Dalším cílem projektu je originální vývoj a konstrukce zcela nového pasivního vzorkovače pro cylindrospermopsin - cyanotoxin, který byl nedávno poprvé detekován v ČR, a který představuje narůstající hrozbu vzhledem k celosvětově rostoucí četnosti jeho výskytu. Kromě cyanotoxinů, které jsou dobře známy a charakterizovány, však cyanobaktérie produkují celou řadu dalších biologicky aktivních metabolitů, z nichž některé mohou mít nádorově promoční účinky. Hodnocení nádorově promoční aktivity vzorků cyanobaktérií z vodárenských nádrží pomocí relevantního in vitro jaterního modelu tak poskytne důležité informace pro identifikaci nových nebezpečí představovaných toxickými cyanobaktériemi. Financování projektu podpoří reintegraci vědce, přenos nejnovějších poznatků ze zahraničí, což přispěje jak k vědecké excelenci výzkumu v JMK, tak k profesnímu růstu vědce.
Průběžné publikovatelné shrnutí projektu
Projekt se zabývá problematikou masových rozvojů toxických sinic, kontaminace vodních nádrží sinicovými toxiny (cyanotoxiny) a souvisejích zdravotních rizik.
Cílem projektu bylo:
1) získat informace o znečištění vodárenských nádrží a pitných vod cyanotoxiny microcystiny a zdravotních rizicích a to jak s pomocí tradičních vzorkovacích a monitorovacích postupů, tak s využitím inovativních metod založených na pasivním vzorkování;
2) vyvíjet a optimalizovat pasivní vzorkovač pro vzorkování dalšího nebezpečného cyanotoxinu, cylindrospermopsinu;
3) využít in vitro metod ke studiu nádorově promočních a karcinogenních účinků sinic a sinicových toxinů.
V rámci řešení prvního cíle byla po laboratroních optimalizacích (design vzorkovačů, postup extrakce) následně v odbobí od konce června do poloviny listopadu 2011 realizována měření v terénu, sběr vzorků a expozice pasivních vzorkovačů na vybraných vodárenských nádržích a přilehlých úpravnách vod. Po ukončení terénní fáze probíhá průběžně zpracování a analýza nashromážděných vzorků a dat. Pro potřeby řešení druhého cíle byla laboratorní kultivací připravena biomasa sinic pro izolaci cylindrospermopsinu, optimalizovány postupy pro extrakci cylindrospermopsinu, provedena optimalizace HPLC metody a kalibrace. Nad rámec plánovaných aktivit byly realizovány rovněž experimenty zaměřené na výzkum metod potenciálně použitelných pro odstraňování sinicových toxinů ve vodárenství. V souvislosti s řešením třetího specifického cíle projektu byly v laboratořích hostitelské instituce zavedeny techniky kultivace tkáňových kultur, získány kultury WB-F344, HL1-hT1 a HaCaT, zavedeny metody pro hodnocení mezibuněčné komunikace mezerovými spoji (GJIC), buněčné proliferace a pro hodnocení cytotoxicity. Tyto kultury a metody byly využity nejen k plánovanému studiu nádorově promočních účinků sinic, ale také dermatotoxických účinků sinic.
Předběžné výsledky z tradičního vzorkování na sledovaných nádržích a úpravnách vod v roce 2011 ukazují, že microcystiny byly běžně detekovány v hladinových vrstvách vodárenských nádrží a to i v koncentracích přesahujících limit 1 ug/L stanovený vyhláškou č. 252/2004. V surové vodě v úpravnách vod pocházející z hlubších odběrových horizontů s menšími koncentracemi sinic však byly microcystiny detekovány s nižší četností a koncentrace 1 ug/L byla překročena zcela výjimečně. Koncentrace microcystinů ve finální upravené vodě se po celé vzorkovací období pohybovaly pod 1 ug/L a nepředstavovaly tedy zdravotní rizika. Množství microcystinů akumulovaná v exponovaných pasivních vzorkovačích dobře korespondovala se sezónními změnami v koncentracích microcystinů získaných z tradičního vzorkování i s trendy v koncentracích microcystinů pozorovanými během úpravy vody. Tyto výsledky budou prezentovány na konferenci SETAC 2012 (Berlin, 20-24.5.2012) a 64. sjezdu asociací českých a slovenských chemických společností (Olomouc, 25-27.6.2012).
Kultivací sinice Aphanizomenon flos-aquae PCC7905 bylo získáno několik gramů sušiny obsahující celkem až 5-10 mg cylindrospermopsinu, který bude použit v dalších fázích projektu. Pro realizaci experimentů s pasivním vzorkováním cylindrospermopsinu byla úspěšně optimalizována jeho izolace z biomasy sinic, optimalizována metoda jeho stanovení a na základě studia literatury vybrány sorbenty pro vývoj pasivního vzorkovače pro cylindrospermopsin. S pomocí zavedených in vitro metody byly zkoumány toxické účinky směsí chemických látek, kterým je člověk v prostředí exponován. Bylo zjištěno, že sinicové extrakty významně zesilují nádorově promoční účinky běžných antropogenních kontaminantů životního prostředí a výsledky budou publikovány v časopise Chemosphere (přijato do tisku). Další studie realizovaná v rámci projektu byla zaměřena na eliminaci toxicity extraktů sinic a jejich toxinů postupy relevantními pro výrobu pitné vody, která ukázala, že ozonizace velmi rychle a účinně odstraňuje nejen microcystiny, ale i nádorově promoční a cytotoxické účinky sinic, zatímco chlorace byla mnohem méně účinná (první výsledky byly prezentovány na konferenci Toxicita a biodegradabilita látek 2011 a publikovány v Bulletinu VÚRH). S podporou projektu byly realizovány rovněž experimenty zaměřené na studium dermatotoxických účinků sinic pomocí zavedených in vitro modelů a metod. Prvotní výsledky ukazují, že nejtoxičtější účinky na kožní buňky vykazuje hydrofóbní frakce extrahovaná z biomasy sinic, zatímco toxicita běžně studovaných hydrofilních extraktů byla nižší, což napovídá o existenci nových a dosud neidentifikovaných sinicových dermatotoxinů.
Hlavními předpokládanými výstupy projektu budou vedle vývoje a zavedení metod využitelných v dalším výzkumu především publikace vědeckých výsledků a získaných poznatků na národních a mezinárodních konferencích a v odborných časopisech. V těchto výstupech budou publikovány nové informace týkající se kontaminace vodních nádrží a pitných vod sinicovými toxiny a zhodnocení zdravotních rizik spojených s výskytem microcystinů v konkrétních případových studiích, představeny budou nové přístupy a nástroje pro vzorkování cyanotoxinů využitelné v praxi pro výzkumný a hygienický monitoring sinicových toxinů, dále budou prezentovány získané poznatky týkající se toxických účinků sinic a další charakterizace jejich nebezpečnosti, v neposlední řadě pak také informace použitelné pro minimalizaci rizik. Výsledky projektu tak významně napomohou úsilí k zajištění ochrany lidského zdraví před škodlivými účinky cyanotoxinů.