Zjišťování potenciálu chemických látek používaných k ochraně proti ultrafialovému záření (UV filtrů) způsobovat anti-progestagenní aktivitu ve vodním prostředí

Bc. Tereza SMĚŠNÁ

Master's thesis

Abstract:

Látky používané k ochraně proti UV záření (UV filtry) jsou široce využívány v průmyslu a také v produktech denní potřeby. V mnoha zemích po celém světě bylo zaznamenáno, že se dostávají do vodního prostředí. Přítomnost UV filtrů v povrchových vodách může představovat riziko pro vodní organismy. Cílem této diplomové práce bylo otestovat řadu látek, ze skupiny UV filtrů na anti-progestagenní aktivitu, detekovat tuto aktivitu ve vodním prostředí, detekovat UV filtry ve vodním prostředí a na základě těchto informací vyhodnotit potenciál organických UV filtrů způsobovat anti-progestagenní aktivitu ve vodním prostředí. V této diplomové práci bylo testováno 20 organických UV filtrů in vitro biotestem anti-PR-CALUX. V tomto biotestu byly buňky vystaveny čistým látkám (UV filtrům) a referenční látce mifepristonu. Dále byly odebrány bodovým (aktivním) odběrem vzorky z areálové čistírny odpadních vod v Táboře a z povrchových vod (veřejná koupaliště a řeka Lužnice). Vzorky byly extrahovány pomocí extrakce na pevné fázi. Tyto extrakty odpadní a povrchové vody byly testovány na progestagenní a anti-progestagenní aktivitu biotesty (anti-)PR-CALUX a také v nich byla měřena koncentrace UV filtrů hmotnostní spektrometrií. Vzorky byly také testovány na cytotoxicitu testem redukce resazurinu. Anti-progestagenní aktivitu vykazovalo 9 organických UV filtrů, ale v porovnání s referenční látkou byly aktivity vykazované UV filtry řádově nižší. Nejsilnější aktivitu zjištěnou u UV filtrů vykazovaly ethylhexyl methoxycinamát, benzofenon-3 a oktokrylen. Progestagenní aktivita nebyla nalezena na žádné z lokalit. Anti-progestagenní aktivita byla nalezena u 60 % vzorků a naměřené koncentrace se pohybovaly v rozmezí od 2,6 do 4,5 ng/l ekvivalentů mifepristonu. Anti-progestagenní aktivita byla detekována na přítoku odpadní vody na čistírnu, v recipientu řeky Lužnice a na rybochovných rybnících sloužících též jako veřejná koupaliště. Chemickou analýzou bylo identifikováno třináct organických UV filtrů vyskytujících se na testovaných lokalitách. V nejvyšších koncentracích se vyskytovaly UV filtry oktokrylen a ethylhexyl methoxycinamát, zároveň tyto dva UV filtry nejvíce přispěly k celkové anti-progestagenní aktivitě. Na přítoku vody na čistírnu odpadních vod přispěly UV filtry k celkové anti-progestagenní aktivitě ze 49 %. V recipientu řeky Lužnice a veřejných koupališť bylo přispění UV filtrů k této aktivitě velmi malé což značí, že tato aktivita bude způsobována výskytem jiných látek. U rybníků lze předpokládat, že zdrojem těchto látek nebudou čistírny odpadních vod. Další výzkum by měl být zaměřený na detekci dopadu výskytu organických UV filtrů ve vodním prostředí na organismy, ale také na identifikaci látek způsobujících anti-progestagenní aktivitu ve vodním prostředí.

Abstract:

The substances used for protection against UV radiation (UV filters) are widely used in industry and also in personal care products. It has been reported from many countries around the world that they enter the aquatic environment. The presence of UV filters in surface waters can pose a risk to aquatic organisms. The aim of this thesis was to test a range of substances from the group of UV filters for anti-progestagenic activity, detect this activity in the aquatic environment, detect UV filters in the aquatic environment, and based on this information, evaluate the potential of organic UV filters to cause anti-progestagenic activity in the aquatic environment. In this thesis, 20 organic UV filters were tested with in vitro bioassay anti-PR-CALUX. In this bioassay cells were exposed to pure substances (UV filters) and reference substance mifepristone. Samples were taken by grab (active) sampling from wastewater treatment plant in Tábor and from surface waters (outdoor swimming pools and Lužnice River). Samples were extracted using solid phase extraction. These extracts from waste and surface waters were tested for progestagenic and anti-progestagenic activity with the (anti-)PR-CALUX bioassay and the concentrations of UV filters were measured using mass spectrometry in the extracts. Samples were also tested for cytotoxicity with the resazurin reduction assay. Nine organic UV filters have shown anti-progestagenic activity, but compared to the reference substance, the activities exhibited by UV filters were several orders of magnitude lower. Ethylhexyl methoxycinnamate, benzophenone-3, and octocrylene were the most potent anti-progestagens. Progestagenic activity was not found at any of the sites. Anti-progestagenic activity was found in 60% of the environmental extracts, and the concentrations ranged from 2.6 to 4.5 ng/L equivalents of mifepristone. Anti-progestagenic activity was detected in the influent of wastewater into the treatment plant, in the recipient of the Lužnice River, and in ponds used for fish farming and also as outdoor swimming pools, namely the Podroužek and Štilec ponds. Thirteen organic UV filters were identified by chemical analysis at the tested sites. The UV filters octocrylene and ethylhexyl methoxycinnamate were found in the highest concentrations, these two UV filters contributed the most to the overall anti-progestagenic activity. At the wastewater treatment plant influent, UV filters contributed 49% to the total anti-progestagenic activity. In the recipient of the Lužnice River and outdoor swimming pools, the contribution of UV filters to this activity was very small, which means that this activity in surface waters will be caused by the occurrence of other substances than in wastewater. In ponds, it can be assumed that wastewater treatment plants will not be the source of these substances. Further research should be aimed at detecting the impact of the occurrence of organic UV filters in the aquatic environment on organisms, but also at identifying substances causing anti-progestagenic activity in the aquatic environment.

Keywords

UV filtry, anti-progestagenní aktivita, in vitro, biotest, CALUX

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 2. 5. 2023

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Pavel Šauer, Ph.D.

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Fisheries and Protection of Waters

Master programme / field:
Agricultural Specialization / Fishery and Protection of Waters