Genotoxikológia TOXIKOLÓGIA ÉS ÖKOTOXIKOLÓGIA IX. Genotoxikus anyagok. Kémiai mutagének

Átírás

1 TOXIKOLÓGIA ÉS ÖKOTOXIKOLÓGIA IX. Genotoxikológia és környezetvédelem. Karcinogén, mutagén és teratogén hatású kemikáliák. Genotoxikológiai tesztek, Aimes teszt, testvérkromatid eljárás Genotoxikológia A genotoxikológia - genetikai toxikológia - mint új tudományág az 1960-as években alakult ki. A genotoxikológia feladata az emberrel közvetlenül kapcsolatba kerülõ anyagok mutagén hatásának felderítése. A környezeti genotoxikológia az ivóvízben, felszíni és felszín alatti vízben, talajban és levegõben elõforduló genotoxikus anyagok hatásának a kimutatásával foglalkozik. Genotoxikus anyagok Azok a vegyületeket, melyek a DNS-ben tárolt genetikai információt tartósan megváltoztatják, ezáltal az örökölt tulajdonságok megváltozását idézhetik elõ. Ezen kívül ide tartoznak még azon anyagok is, amelyek a genetikai károsodást kijavítani szolgáló rendszerekre hatnak, azokat gátolják. Kémiai mutagének Nehézség, hogy nagyon eltérõ az egyes vegyületek hatásmechanizmusa: Bázisanalógok Interkaláló vegyületek Alkiláló vegyületek Salétromsav N-nitróz vegyületek Szabad gyököt képezõ vegyületek Nehézfémek DNS-szintézis inhibitorok. 1

2 Kémiai mutagének két nagy csoportja vegyületek, amelyek csak replikálódó DNS-re mutagének (bázisanalógok, interkaláló vegyületek), vegyületek, amelyek a nyugvó DNS-re vagy olyan esetben hatnak, ha az indukált premutációs lézió a replikáció megkezdése elõtt eliminálódik (alkiláló vegyületek, szabad gyök képzõk). Az ivóvíz genotoxikus, mutagén hatású vegyületeit eredetüket tekintve két nagy csoportra osztjuk A víznyerésre használt felszíni vízben meglévõ genotoxikus hatású vegyületek. A víz kezelése és szállítása során keletkezõ genotoxikus hatású vegyületek. A víznyerésre használt felszíni vízben meglévõ genotoxikus hatású vegyületek I. A többgyûrûs aromás szénhidrogének. Környezetbe kerülésük az alábbi forrásokból lehetséges: (1) Természetes úton baktériumok és algák szintetizálhatnak policiklikus vegyületeket, (2) A többgyûrûs aromás szénhidrogén bioszintézis közvetett módján, amikor a baktériumok, algák és gombák többgyûrûs kinonokat szintetizálnak, (3) Ipari tevékenységbõl. Olyan genotoxikus vegyületek, amelyek a természetben biológiai úton jönnek létre. Ilyen például az etionin A víznyerésre használt felszíni vízben meglévõ genotoxikus hatású vegyületek II. A természetes vizekben elõforduló hidroxilamin, amely hatékony mutagén vegyület. Létrejöttében pl. a Nitrosomonas europea autotrof nitrifikációs vagy az Artlrobacter törzs heterotrof nitrifikációs folyamata szerepel. A potenciális mutagén és rákkeltõ nitrózaminok. A talajban biotikus úton szintetizált nitrózaminok a felszíni vizekbe jutva jelentenek veszélyt. Számos baktérium nemzetség faja - Escherichia, Clostridium, Bacterioides, Pseudomonas, stb. - szintetizál nitrózaminokat. 2

3 A víznyerésre használt felszíni vízben meglévõ genotoxikus hatású vegyületek III. Gombák által szintetizált - aflatoxin, putulin, grizeofulvín, stb. - vegyületek. Ezen kívül olyan genotoxikus hatású vegyületek, amelyek a felszíni vizekbe a szennyvízzel - ipari, kommunális, mezőgazdasági-, a talajból kioldódással, a talajról bemosódással, a levegõbõl kiülepedéssel és csapadékkal, révén kerülnek, illetve amelyek a vízben lévõ különbözõ vegyületekbõl a felszíni vizekben zajló kémiai, fotokémiai és az élőlények általi biotranszformáció révén jönnek létre. A víz kezelése és szállítása során keletkezõ genotoxikus hatású vegyületek I. A genotoxikus hatású szerves mikroszennyezõk egy része a vízkezelés során keletkezik. A klórozás során különbözõ prekurzorokból fõképpen trihalometánok, valamint nem illékony nagyobb molekulasúlyú halogénezett szerves klórvegyületek keletkeznek. A genotoxikus hatású vegyületek fõleg a nem illékony csoportba tartozó vegyületek. Ezek identifikálása azonban kis mennyiségük és nagy számuk miatt nehéz. Trihalometánok Tesztek Keletkezésének fõbb okai, hogy a szabad vagy kötött klór reakcióba lép: a természetes humin-savakkal, a természetes fulvin-savakkal, egyéb szerves trihalometánokat képzõ prekurzorokkal és az élõ szervezetek anyagcseretermékeivel, illetve az élõ és elhaltak sejtanyagaival. 1. Egysejtűeken végzett tesztek 2. Rovartesztek 3. in vitro sejtkultúrákon végzett tesztek 4. in vivo mutagenitási tesztek 5. long term karcinogenitási állatkísérletek 6. humán epidemiológiai vizsgálatok 3

4 Genotoxikológiai tesztek SCE (testvérkromatida-kicserélődés) SCE (testvérkromatida-kicserélődés) Mikronukleuszteszt commet assay (üstökösvizsgálat) mikroszatellita- (a genomban nagy számban előforduló, ismétlődő 1-5 nukleotidhosszúságú egységek) analízis Ames-teszt HGPRT (hypoxantin-guanin-foszfo-ribozil-transzferáz) numerikus és strukturális kromoszómaeltérések kimutatása alkilező és egyéb S-fázis-függő anyagok DNSkárosító hatásának kimutatására szolgáló citogenetikai vizsgálat Mikronukleuszteszt commet assay (üstökösvizsgálat) Szám feletti kromoszóma vagy kromoszómadarabok kimutatására alkalmas interfázisos citogenetikai vizsgálat. sejtszintű elektroforetikus vizsgálat egyes és kettős szálú DNS-törések identifikálására 4

5 Mikroszatellita analízis A mikroszatelliták mintázatának megváltozásán alapuló vizsgálat, amely jól jelzi a genetikai instabilitást. Ames-teszt környezeti mutagének bakteriális pontmutáción alapuló kimutatása. HGPRT (hypoxantin-guanin-foszforibozil-transzferáz) pontmutációk kiváltásának vizsgálata emlőssejteken Numerikus és strukturális kromoszóma eltérések kimutatása metafázisos citogenetikai vizsgálatok 5

6 Ames mutagenitási teszt OECD 471 alapján A salmonella reverz mutációs teszt Bruce N. Ames és munkatársai által 1975-ben közölt módszer. A kémiai anyagok mutagenitásának kimutatására egyre gyakrabban használják. A vizsgálati rendszer lehetőséget nyújt a pontmutációk, azaz a deléciót, szubsztitúciót, bázispárcserét okozó és a frameshift mutagének elkülönítésére, továbbá a metabolikus aktivációt nem igénylő direkt mutagének, és a nagyobb számú, metabolikus aktivációt igénylő indirekt mutagének elkülönítésére is. Az Ames teszt lényege I. A teszteléshez olyan teszttörzseket alkalmazunk, melyek hisztidin-operonja többféle változtatást hordoz emiatt ezek a törzsek nem képesek hisztidin szintézisére újabb mutáció vagy is reverz-mutáció nélkül. A reverz mutáció, és a mutációk általában kétféleképpen jöhetnek létre spontán módon és vegyszerek által indukáltan. Ateszt az indukált mutációs hatások mérésére szolgál. Az Ames teszt lényege II. Felhasznált irodalom A teszttörzsek a hisztidin-operon módosításán kívül olyan módosításokat tartalmaznak, amelyek megkönnyítik a his-auxotróf sejtek kiszelektálását (pl.antibiotikumrezisztencia) és az érzékenységét (lipopoliszacharid réteg képzésének hiánya) is. Az érzékenységet növeli, hogy a törzsek DNS javító mechanizmusa hiányzik. Már a prokariótáknak is többféle DNS javítómechanizmusuk van, némely mechanizmus pontos, némely pontatlan, ez a mechanizmus megakadályozza a spontán kialakult mutációk rögzülését így gondoskodik a funkcióképes fehérjeképződéséről. Szilágyi F Mérnökökológia. Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyete Építőmérnöki Kar Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék. Kerényi A. 1998: Általános környezetvédelem. Globális gondok, lehetséges megoldások. Mozaik Oktatási Stúdió, Szeged. Kendall, R. J., Lacher, T. E., Cobb, G. P., Cox, S. B. 2010: Wildlife Toxicology. CRC Press s%20teszt%20oecd.pdf 6