Wszystko się zgadza: badania pokazują, że chemikalia są bardziej toksyczne niż mieszaniny

Dobra wiadomość: poziomy indywidualnej cytotoksyczności i neurotoksyczności większości testowanych substancji chemicznych były stosunkowo niskie.

Zła wiadomość: chemikalia działały razem, powodując, że cała mieszanina była toksyczna.

„Mimo że są strukturalnie podobne, nie wszystkie substancje chemiczne są sobie równe – niektóre są silniejsze, inne mniej. Po zmieszaniu wszystkie składniki przyczyniają się do cytotoksyczności i neurotoksyczności mieszaniny” – mówi pierwsza autorka badania, Karla Ríos-Bonilla, doktorant chemii na Uniwersytecie w Buffalo.

„W testach laboratoryjnych, które wykorzystaliśmy w tym badaniu, większość typów PFAS, które testowaliśmy, nie okazała się bardzo toksyczna, gdy mierzono je indywidualnie. Jednak gdy mierzy się całą próbkę z wieloma PFAS, widać toksyczność” – dodaje współautorka badania dr Diana Aga, dyrektor Instytutu RENEW, wybitny profesor SUNY i kierownik katedry Henry’ego M. Woodburna na Wydziale Chemii UB.

Badanie to przeprowadzono we współpracy z Beate Escher z Centrum Badań nad Środowiskiem Helmholtza (UFZ) w Lipsku w Niemczech, gdzie Ríos-Bonilla przeprowadził in vitro eksperymenty toksyczności w wysokowydajnym ośrodku przesiewowym CITEPro. Został on opublikowany 11 września w Environmental Science and Technology, czasopiśmie Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego.

Badanie jest nowatorskie, ponieważ ocenia toksyczność mieszaniny PFAS. Te syntetyczne związki są szeroko stosowane w produktach konsumenckich – od patelni z powłoką zapobiegającą przywieraniu po produkty do makijażu – od dziesięcioleci, a ich rozkład, jeśli w ogóle, może zająć setki, a nawet tysiące lat. Szacuje się, że znajdują się w co najmniej 45% wody pitnej w kraju i we krwi praktycznie każdego Amerykanina. Powiązano je z nowotworami i zaburzeniami neurorozwojowymi.

Na początku tego roku amerykańska Agencja Ochrony Środowiska (EPA) wydała pierwsze w historii normy dotyczące wody pitnej dla sześciu rodzajów PFAS. Szacuje się jednak, że w środowisku występuje ponad 15 000 odmian. Tylko kilka z tych substancji chemicznych ma normy i jest regulowane.

„Istnieje sześć PFAS, które można regulować, ponieważ wiemy dużo o nich i ich toksyczności. Niestety nie możemy regulować innych form PFAS, dopóki nie poznamy ich toksyczności” – mówi Aga, główna badaczka grantu EPA STAR, który finansował badania. „Musimy ustalić maksymalne poziomy skażenia dla każdego PFAS, proporcjonalne do ich toksyczności. Aby regulować zanieczyszczenia, kluczowa jest znajomość ich względnej siły działania, gdy występują w środowisku jako mieszaniny, wraz z ich przewidywanymi stężeniami w środowisku”.

Innymi współautorami z UB są dr G. Ekin Atilla-Gokcumen, dr Marjorie E. Winkler, wybitny profesor i zastępca kierownika na Wydziale Chemii oraz dr Judith Cristobal, starszy pracownik naukowy.

Ríos-Bonilla korzysta także ze stypendium dla absolwentów Narodowego Instytutu Nauk o Zdrowiu Środowiskowym (NIEHS) Narodowego Instytutu Zdrowia (NIH).

PFOA i PFOS są głównymi czynnikami wpływającymi na toksyczność mieszaniny

Aby przeprowadzić badanie, naukowcy stworzyli własne mieszaniny PFAS, jedną reprezentatywną dla surowicy krwi przeciętnego Amerykanina, a drugą z próbek wód powierzchniowych znalezionych w USA. Ríos-Bonilla wykorzystał dane z amerykańskich Centrów Kontroli i Zapobiegania Chorobom oraz z Służby Geologicznej Stanów Zjednoczonych w celu określenia średnich stosunków stężeń PFAS odpowiednio w ludzkiej krwi i wodach powierzchniowych.

Następnie przetestowali działanie tych mieszanin na dwóch liniach komórkowych; jeden bada toksyczność mitochondrialną i stres oksydacyjny, a drugi neurotoksyczność.

Spośród 12 PFAS dodanych do mieszaniny wody kwas perfluorooktanowy (PFOA) – powszechnie stosowany w patelniach zapobiegających przywieraniu i piankach gaśniczych – był najbardziej cytotoksyczny i odpowiadał za 42% cytotoksyczności mieszaniny.

Z drugiej strony zarówno PFOA, jak i kwas perfluorooktanosulfonowy (PFOS) miały w przybliżeniu taki sam udział w cytotoksyczności (25%) w teście neurotoksyczności, mimo że oba wnosiły do ​​mieszaniny odpowiednio tylko 10 i 15% pod względem stężenia.

Mieszanka krwi zawierała cztery PFAS, ale PFOA ponownie był najbardziej cytotoksyczny dla obu linii komórkowych. Pomimo tego, że jego udział molowy wynosi zaledwie 29%, PFOA wywołał 68% cytotoksyczności w teście cytotoksyczności i 38% w teście neurotoksyczności.

Co ciekawe, gdy badacze analizowali toksyczność ekstraktów z rzeczywistych próbek biosolidów pobranych z miejskiej oczyszczalni ścieków, zaobserwowano bardzo wysoką toksyczność pomimo zmierzonych niskich stężeń PFOA i innych PFAS w próbce.

„Oznacza to, że w biosolidach znajduje się znacznie więcej PFAS i innych substancji chemicznych, które nie zostały zidentyfikowane, a które przyczyniają się do toksyczności obserwowanych ekstraktów” – mówi Aga.

Synergicznie kontra dodatek

Jednym z celów badaczy było ustalenie, czy PFAS działa synergistycznie. Dzieje się tak, gdy łączny efekt dwóch lub więcej substancji chemicznych jest większy niż sumaryczny efekt poszczególnych substancji chemicznych. Ich ustalenia wskazują jednak, że wpływ PFAS ma charakter addytywny ze stężeniem: oznacza to, że ustalony model przewidywania toksyczności mieszaniny można wykorzystać do przewidywania łącznego wpływu mieszanin.

„Ponieważ aż 12 PFAS w mieszaninach działało jako dodatek do stężenia w związku z cytotoksycznością i specyficzną neurotoksycznością, jest prawdopodobne, że tysiące innych PFAS znajdujących się w obrocie i stosowaniu również działa w ten sam sposób” – mówi Escher. „Mieszaniny stwarzają większe ryzyko niż pojedyncze PFAS. Ponieważ działają i występują w mieszaninach, powinny podlegać przepisom jako mieszaniny”.

Naukowcy twierdzą, że wyniki tego badania będą również bardzo przydatne w ocenie skuteczności działań zaradczych. Rozkład PFAS może czasami powodować powstawanie szkodliwych produktów ubocznych, których nie można wykryć za pomocą analizy chemicznej, dlatego pomiar toksyczności próbki po obróbce może być jedynym sposobem oceny, czy technologia remediacji jest skuteczna.

„Badania toksyczności mogą być narzędziem uzupełniającym, gdy chemia analityczna nie daje odpowiedzi na wszystkie pytania, zwłaszcza gdy nie jest znana tożsamość substancji zanieczyszczających w mieszaninie, co ma miejsce w wielu zanieczyszczonych miejscach” – mówi Aga.