Ekotoxikologie na PřF MU = hodnocení biologického vlivu stresorů od molekulární a buněčné úrovně až po úroveň ekosystémovou • Odběry vzorků, terénní studie, laboratorní studie • Hodnocení toxicity vzorků, jejich kontaminace • Studium mechanismů toxicity i neletálních účinků na různých trofických úrovních • Celá řada ekotoxikologických modelů • Hodnocení environmentálních rizik, analýzy dat Ekotoxikologie na PřF MU od mechanismů k porozumění účinkům in vivo a v prostředí Mechanismus působení endokrinní disrupce, promoce nádorů, immunotoxicita, genotoxicita (Savčí/lidské/rybí buňky, kvasinky, reportérové buněčné linie) Ekotoxikologie in vivo Akutní a chronické biotesty Modely vývojové a reprodukční toxicity Biomarkery subletálních účinků Směsi & terénní studie Studie chemických látek & vzorků z prostředí Chemické látky  Životní prostředí  Lidské zdraví AQUATOX Ekotoxikologie vodního prostředí Klára Hilscherová a kol. RECETOX PřF MU Brno www.recetox.cz NONPOINT SOURCES Urban streets Suburban development Wastewater treatment plant Rural homes Cropland Factory Animal feedlot POINT SOURCES NONPOINT SOURCES Urban streets Suburban development Wastewater treatment plant Rural homes Cropland Factory Animal feedlot POINT SOURCES Voda = základní podmínka života Ekotoxikologie vodního prostředí • Studium vlivu kontaminace vodního prostředí na organismy • Serie biologických modelů - akutní i chronické účinky • Kromě in vivo účinků (letalita, reprodukční toxicita, embryotoxicita apod.) - biochemické odpovědi organismů jako časné známky toxických projevů • Studium toxických účinků u jednotlivců, i ekotoxikologie populací a společenstev • Vliv kontaminace vod na lidské zdraví Polutanty Znečištění – zdravotní a ekologická rizika ? Akvatická ekotoxikologie Organismy používané pro ekotoxikologické biotesty Modely na všech úrovních potravního řetězce – producenti - fotoautotrofní organismy, řasy, sinice, vyšší rostliny – konzumenti – vodní bezobratlí obojživelníci ryby, ptáci – destruenti – bakterie, kvasinky Účinky na fotoautotrofní organismy • studium interakcí s cizorodými látkami, citlivosti druhů Zelené řasy (Chlorophyta) Sinice (Cyanophyta) Skrytěnky (Cryptophyta) Rozsivky (Chromophyta) Vyšší rostliny Organismy používané pro ekotoxikologické biotesty - konzumenti Daphnia magna – Hrotnatka velká Potamopyrgus antipodarum – Písečník novozélandský Pakomáři rodu Chironomus Embrya obojživelníků (drápatky) Embrya ryb (zebřička) Spolupráce s VFU a MZLU – vliv environmentálních stresorů na ryby Spolupráce s VFU - vliv environmentálních stresorů na ptáky Společenstvo Ekosystém Individuum Nespecifická toxicita Subletální účinekLetální účinek Specifická toxicita Genotoxicita Karcinogenita nepolární narkóza polární narkóza blokování respiračního řetězce inhibitor AchE poškození CNS … Reprodukční toxicita Teratogenita Neurotoxicita Endokrinní toxicita Populace Parametry populace Strukturní a funkční diverzita Homeostáze a homeorhéza Vitalita/mortalita Růst/inhibice ÚČINEK Imunotoxicita • studium buněčných a biochemických mechanismů působení toxických látek • studium mechanismů ekotoxicity i specifických neletálních účinků environmentálních polutantů, chronických typů toxicity • využití in vitro testů specifických mechanismů toxicity a genotoxicity • mechanismy působení důležitých skupin polutantů a cyanotoxinů produkovaných sinicemi při rozvoji vodního květu • In vivo biochemická ekotoxikologie • In vitro toxikologie Biochemická, molekulární a buněčná ekotoxikologie Moderní přístupy studia biochemických a buněčných mechanismů – využití metod:  Biochemie  Imunologie  Molekulární biologie  Mikrobiologie  Analytické chemie !!! Možnost zajímavých bakalářských, diplomových a doktorských projektů i pro absolventy bakalářského či magisterského studia jiných biologických či chemických oborů Kvalitní přístrojové vybavení Terénní studie Odběry vzorků prostředí • Průzkum znečištění zájmových lokalit • Odběry vod, sedimentů, bioty, bentosu, sinicové biomasy, půdy, ovzduší, vnitřního prostředí Zpracování vzorků • široké spektrum látek průmyslové látky, pesticidy, látky z předmětů běžné spotřeby, z čistících prostředků, kosmetických přípravků, přírodní látky narušení hormonální rovnováhy organismů – potenciální negativní následky pro celkovou homeostázu, reprodukční, vývojové a behaviorální funkce Hormonálně aktivní látky v prostředí Endokrinní disrupce (ED) Následky ve volně žijících živočiších • snížená plodnost, líhnivost, kvalita a kvantita spermatu • změněný poměr pohlaví, feminizace, maskulinizace • snížené přežívání mláďat • změny chování • malformace orgánů • vymizení populací Vlivy v lidské populaci? • poruchy reprodukce, vývoje, chování • změny poměru pohlaví • poruchy imunity • metabolické poruchy • hormonálně podmíněné nádory Lidské hormony: estrogeny v antikoncepčních přípravcích Kidd, K.A. et al. 2007. Collapse of a fish population following exposure to a synthetic estrogen. Proceedings of the National Academy of Sciences 104(21):8897-8901 Controls +Ethinylestradiol 5 ng/L (!) 7 years HO OH Reporterové testy s luciferázou savčí buňky, kvasinky, umělé in vitro systémy Nástroje pro sledování endokrinní disrupce - mechanismus přes jaderné receptory - Estrogenita Androgenita Toxicita závislá na retinoidech Využití biologických nástrojů – příklady Účinnost odstraňování 81 až >98% ČOV vstup : 5 to 147 ng EEQ/L (equivalenty E2) výstup 0.1 - 4 ng EEQ/L Příklad estrogenita HO OH Příkladová studie – ČOV Brno Sampling site Estrogenní aktivita 0 25 50 75 100 125 150 květen 07 červen 07 červenec 07srpen 07září07říjen 07 listopad 07 prosinec 07leden 08únor08 březen 08duben 08 ng/lEEQ Přítok Odtok Účinnost čistírenských procesů Estrogenní aktivita odpadní vody - roční studie 0 1 2 3 4 5 nad Králíky pod Králíky nad Jilem nicí pod Jilem nicí nad C vikovem pod C vikovem nad Tachovem pod Tachovem nad Volaram a pod Volaram a nad Vim perkem pod Vim prekem nad Prachaticem i pod Prachaticem i ngEEQ/POCIS POCIS Pest POCIS PharmV řekách pod ČOV více estrogenní vzorky ve všech případech Cvikov a Prachatice nejvyšší estrogenní potenciál účinky v rybích populacích ESTROGENITA  Říční voda nad a pod ČOV (obce 4000 až 13000 obyvatel)  Menší vodní toky nezatížené dalšími většími zdroji znečištění Vliv čistíren odpadních vod na kvalitu vody na horních tocích řek Pan-evropská kampaň Odtoky z 75 ČOV z 16 zemí 27 ČOV > 0,5 ng/L EEQ cytotoxicita Median 1,2 ng/L; Max 18 ng/L Spearmanův korrel.koef. Sladidla Farmaka Siloxany Musky OPFR PCP Benzotriazoly Veterinární Antibiotika PFS Nitrofenoly Pesticidy Anorganické látky EEQ 0.11 0.03 -0.16 -0.17 -0.07 -0.19 -0.14 -0.08 0.14 -0.08 0.10 E1, E2, EE2 LOQ 10 ng/L a žádný vzorek>LOQ Využití biotestů k monitoringu 160 polárních organických látek  20 anorganických látek Nádrž Pilňok • Region Ostrava-Karviná Rak bahenní Pontastacus leptodactylus INTERSEX Samice s mužskými gonopody? Samec s vajíčky? Reálný problém EDCs v ČR Sedimenty • Pilňok • Referenční lokality Karviná, Steinlach (Německo) Extrakce Chemické analýzy In vitro účinky In vivo účinky Bláha et al. (2006) Environment International Mazurová et al. (2008) Aquatic Toxicology Mazurová et al. (2010) Journal of Soils and Sediments Integrované hodnocení Masový rozvoj sinic – globální problém Upper Saranac River, USA Lake Mokoan, Austrálie Neuse River, USA Baltské moře, Evropa Jihoafrická republikaŽluté moře, Čína Nové Mlýny, Česko Bedetti Lake, Argentina Toxické sinice ! LIDSKÉ AKTIVITY ! CYANOTOXINY masový rozvoj sinic (vodní květy) NH NH O O CH3 NH NH NH N NH O O O OCH3 CH3 CH3 H3C O COOH CH3 COOH H3C O H2C CH3 CH3 NH NH2HN H2N O O +H2N H OH OH NH2 + NH NHN NH N N H N H NH N H O O O H HH O 3S O H 3C H N H O C H 3 eutrofizace vodních ekosystémů CYANOTOXINY spalování zemědělství, odpadní vody nárůst koncentrace CO2 v atmosféře, nárůst UV radiace sinice (cyanobaktérie) GLOBÁLNÍ ENVIRONMENTÁLNÍ PROBLÉM SINICE (CYANOBAKTERIE) • masový rozvoj sinic = závažný problém: • komplikace při využívání nádrží (vodárenství, rekreace, chov ryb) • nebezpečí pro ostatní živé organismy negativní vliv na chemismus vody (kyslík, pH, ) produkce pachů, pachutí produkce CYANOTOXINŮ – látky toxické či jinak biologicky aktivní Výzkum toxických účinků cyanobakterií a jejich frakcí na:  Vodní fotoautotrofní organismy  Vodní bezobratlé - korýše – hrotnatka velká Daphnia magna - akutní a chronické účinky  Larvy obojživelníků a ryb – testy embryotoxicity a teratogeneze s embryi obojživelníků a ryb – drápatka vodní, zebřička pruhovaná  Ryby, ptáky – spolupráce s Veterinární a farmaceutickou universitou v Brně  In vitro testy – buněčné modely – produkce bioaktivních metabolitů, mechanismy působení, hepatotoxicita, imunotoxicita, neurotoxicita Bakalářky a diplomky • Endokrinní disruptory a další polární látky (léčiva, vonné látky, pesticidy) v prostředí • hladiny a efekty (kde jsou?, jak moc?) • možnosti praktického sledování (estrogenita, senzory, kity pro praxi…) • účinky na vodní organismy • možnosti odstraňování • Sinice a jejich toxiny • mechanismy působení sinicových toxinů • ovlivnění raného vývoje akvatických organismů • nové a neznámé látky • neznámé účinky ? • hodnocení kontaminace a toxických účinků ovzduší • expozice z vnitřního prostředí, z potravy • potenciální rizika pro člověka • toxické účinky nanočástic Kamenice 126/3, Brno – Bohunice Tel: 549 49 4267, 775 140 071 Fax: 549 492 840 Klára Hilscherová E-mail: hilscherova@recetox.muni.cz Zástupce pro výuku: Jakub Hofman - hofman@recetox.muni.cz www.recetox.muni.cz