Biotesty pro sledování přítomnosti hormonálně aktivních látek v povrchových a odpadních vodách

RNDr. Barbora Jarošová, Ph.D.

Doctoral thesis

Biotests for assessment of presence of endocrine active compounds in surface and waste waters

Abstract:

In vitro biotesty umožňují relativně rychle a levně sledovat látky s určitým specifickým mechanismem působení přítomné ve vodách. Jejich pomocí byly charakterizovány skupiny látek schopných aktivovat/inhibovat estrogenní, androgenní a arylhydrokarbonový receptor a tím přispívat k možné endokrinní disrupci u vodních organismů. Sedm horních toků řek, které byly minimálně zatížené antropogenním znečištěním, obsahovalo nízký estrogenní a „dioxinový“ potenciál. Stejné toky po průtoku prvními většími obcemi, z nichž každá měla čistírnu odpadních vod (ČOV), vykazovaly až 14krát vyšší estrogenní aktivitu a většinou také mírně zvýšenou „dioxinovou“ aktivitu. To, že obce s ČOV mohou být zdrojem estrogenních, dioxinových i androgenních látek, bylo potvrzeno také v celoroční studii odpadních vod na ČOV v Brně Modřicích a to i přes vysokou účinnost odstranění estrogenních a androgenních látek. Jako nejrizikovější pro vodní organismy byly identifikovány letní měsíce. Estrogenní a dioxinová aktivita byly dále potvrzeny v některých vzorcích odpadních vod z odtoků různých evropských ČOV a to v koncentracích podobných dříve zjištěným hladinám na ČOV v Brně i hladinám uváděným v jiných evropských zahraničních studiích. Koncentrace analyticky stanovených polárních organických látek většinou spíše nekorelovaly s výsledky in vitro testů, což ukazuje na to, že jiné než stanovované látky byly zodpovědné za detekované potenciály, nebo že stanovované látky působily v nižších koncentracích, než byl limit detekce analytických metod. Na základě literární rešerše byla podrobně diskutována míra možných rizik spojených s naměřenými potenciály. In vitro testy byly dále použity v mezilaboratorní studii hodnotící různé typy biologických potencí vod odebraných v různě upravených odpadních i povrchových vodách včetně pitné vody. Ze 103 různých biotestů provedených 20ti laboratořemi asi polovina zachytila odpověď u alespoň jednoho typu vzorku a odpovědi biotestů podaly konzistentní obraz o určitém typu toxicity různých vzorků. Výsledky námi používaných testů ukázaly snižování toxicity v průběhu jednotlivých čistících kroků. In vitro testy se ukázaly jako citlivý nástroj pro sledování specifických aktivit v povrchových a odpadních vodách.

Abstract:

Compounds with specific modes of action like activation/inhibition of estrogenic, androgenic or arylhydrocarbon receptors have been monitored in complex environmental mixtures (surface and waste waters) by different in vitro assays. Some estrogenic as well as dioxin-like potentials have been detected in extracts of headwaters with minimal anthropogenic pollution. Estrogenicity of the headwaters increased by factor 1.3 - 14 at locations downstream of the first town adjacent to the rivers. The towns treated their waste waters in conventional waste water treatment plant (WWTP). Dioxin-like activity was increased in most places downstream of the towns too. Treated waste water has been also identified as a source of estrogenic, androgenic and dioxin-like compounds in a study of WWTP in city of Brno, Czech Republic, nevertheless the efficiency to remove estrogenicity and androgenicity was greater than 98 % in most months during year. Summer season was identified as the most critical period because of lower dilution by river water. Estrogenicity and dioxin-like activity were also monitored in samples from 75 and 25 different European treated waste waters, respectively. The concentrations of detected activities were comparable to those detected previously at WWTP in Czech Republic or previously published in other European studies. The results of instrumental analyses generally did not correlate with potentials detected by in vitro assays showing that other than target compounds were responsible for the in vitro responses or that the compounds were effective in concentrations lower than limits of detection of instrumental analyses. The possible environmental impacts of detected activities were discussed. Twenty international laboratories collaborated and applied 103 unique in vitro bioassays to a common set of 10 water samples, including WWTP effluents, the effluents from different treatment steps in treatment plant recycling water, storm water, surface water and drinking water. Sixty-two of 103 bioassays showed positive results in at least one sample, typically in wastewater treatment plant effluent. Each type of water had a characteristic bioanalytical profile with particular groups of toxicity pathways either consistently responsive or not responsive across test systems. All 5 tests employed by our laboratory were responsive.

Keywords

čistírna odpadních vod, in vitro, estrogenita, androgenita, toxicita dioxinového typu, pasivní vzorkování, endokrinní disrupce, waste water treatment plant, estrogenicity, androgenicity, dioxin-like toxicity, cytotoxicity, passive sampling, endocrine disruptor

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 2. 10. 2013

Thesis defence

• Date of defence: 31. 10. 2013
• Supervisor: doc. Mgr. Klára Hilscherová, Ph.D.
• Reader: doc. RNDr. Zdeněk Šimek, CSc., doc. Ing. Vladimír Žlábek, Ph.D., prof. Ing. Jan Šálek, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology (4-years) / Ekotoxicology