Hormonok, gyógyszermaradványok és más biológiailag aktív anyagok a felszín alatti vizekben

Átírás

1 KSZGYSZ Kármentesítési Konferencia Hormonok, gyógyszermaradványok és más biológiailag aktív anyagok a felszín alatti vizekben Palotai Zoltán és Szigeti Tamás Wessling Hungary Kft Budapest, Fóti út 56.

2 KSZGYSZ Kármentesítési Konferencia

3 Bioaktív anyagok vizsgálata sterols androgenes specificity anticoncipiens quality WATERS Clearity synthetic DNA-binding Nuclear effect sildenafil ligand Prednisone Generally cholesterol hormonok Steroide receptor peszticidek maradékai health glands simiarity egyéb gyógyszermaradékok receptors Non-steroidal vitamin szteroidok complex Hormone binding nongenomic Gyógyszerek Felszíni és ivóvizek proteins MALDI TOF MS oxandrolon molecule EDS of életünk analysis shock globulin GROUND WATERS aspirin Intracellular effects blood mass spectrometry mineralocorticoids dopamie chloride serotonone life anabolic Liquid chromatography acetate dexamethasone Gas chromatography glycocorticoids cytoplasm diffuse interact Endogene disruptors minősége

4 A fizikai folyamatok iránya A hőtan II. fő tétele entropy

5 A fizikai folyamatok iránya A hőtan II. fő tétele A szabadba kijutott szennyezőanyag koncentrációja a szennyezés központjától kezdve folyamatosan csökken, de az attól mért tetszőlegesen nagy távolságban elvileg soha nem lesz zérus. A környezetbe került szennyezőanyagok felezési idejüktől függően esetenként igen kis koncentrációban, de a szennyezés forrásától nagy távolságokban is kimutathatóak.

6 Diffúzió (Brown-féle hőmozgás) Hajtóereje a térrészek közötti koncentráció-különbség:

7 Szennyezőanyagok mozgása a környezetben

8 Szennyezőanyagok mozgása a környezetben

9 Milyen anyagokkal kell számolnunk? Néhány példa

10 Xenobiotikum Az élő szervezetek számára idegen anyagok

11 Hulladékokból származó toxikus fémek, félfémek ionjai

12 Szerves vegyületek százezrei

13 Szerves oldószerek maradékai

14 Gyógyszermaradványok

15 Detergensek, tenzidek VÍZ VÍZ OLAJ VÍZ VÍZ

16 Kozmetikumok aktív anyagai

17 Mikro plasztik szennyezés

18 Mikro plasztik szennyezés fizikai ártalmak és migráció

19 Növényvédő szerek maradványai

20 Térjünk vissza egy gondolat erejéig a gyógyszerekhez!

21 Térjünk vissza egy gondolat erejéig a gyógyszerekhez!! Az elmúlt 40 évben Magyarországon 1570 gyógyszerkészítményt engedélyeztek

22 Gyógyszermaradékok felszíni vizekből (HPLC/MS/MS/MS) 20 ppt karbamazepin 10 ppt atorvasztatin ppt = ng/liter 5 ppt paracetamol 5 ppt ciprofloxacin

23 Az EU Parlament és Tanács 2000/60/EK irányelve EU víz keretirányelv előírása: minden egyéb nem-kívánatos anyagot vizsgálni kell Technikai lehetőségek: ICP, GC, HPLC, MALDI-TOF Lényegében bármilyen szerves molekula vizsgálható, kimutatható, szelektíven, érzékenyen, mennyiségileg vigyázni kell (MALDI)

24 Az EU Parlament és Tanács 2000/60/EK irányelve

25 Az EU Parlament és a Tanács 2008/105/EK irányelve AZ ELSŐBBSÉGI ANYAGOKRA ÉS BIZONYOS EGYÉB SZENNYEZŐ ANYAGOKRA VONATKOZÓ KÖRNYEZETMINŐSÉGI ELŐÍRÁSOK A-rész: KÖRNYEZETMINŐSÉGI ELŐÍRÁSOK (EQS) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) Sorszám Anyag neve CAS-szám AA-EQS Szárazföldi felszíni vizek AA-EQS Egyébi felszíni vizek MAC-EQS Szárazföldi felszíni vizek MAC-EQS Egyébi felszíni vizek (1) Alaklór ,3 0,3 0,7 0,7 (2) Antracén ,1 0,1 0,4 0,4 AA: MAC: EQS: Éves átlagérték Annual Average Maximálisan megengedhető koncentráció (µg/l) Maximum Allowable Concentration Környezetminőségi előírások Environmental Quality Standards

26 Az EU Parlament és a Tanács 2008/105/EK irányelve AZ ELSŐBBSÉGI ANYAGOKRA ÉS BIZONYOS EGYÉB SZENNYEZŐ ANYAGOKRA VONATKOZÓ KÖRNYEZETMINŐSÉGI ELŐÍRÁSOK A-rész: KÖRNYEZETMINŐSÉGI ELŐÍRÁSOK (EQS) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) Sorszám Anyag neve CAS-szám AA-EQS Szárazföldi felszíni vizek AA-EQS Egyébi felszíni vizek MAC-EQS Szárazföldi felszíni vizek MAC-EQS Egyébi felszíni vizek (1) Alaklór ,3 0,3 0,7 0,7 (2) Antracén ,1 0,1 0,4 0,4 AA: MAC: EQS: Éves átlagérték Annual Average Maximálisan megengedhető koncentráció (µg/l) Maximum Allowable Concentration Környezetminőségi előírások Environmental Quality Standards

27 Egyik példa: 10-Bis(fenil-ethinil)antracén Az aromás szénhidrogének a melegvérűekben az aromás szénhidrogén receptorra hatnak (AHR) Citochrom P450 enzimrendszer (toxikus anyagok metabolizálása)

28 Másik példa: Alaklór (klór-acetanilid származék) herbicid H 3 C Az aromás szénhidrogének a melegvérűekben az aromás szénhidrogén receptorra hatnak (AHR) Citochrom P450 enzimrendszer (toxikus anyagok metabolizálása) CH 3 CH 3

29 Ibuprofen (fájdalom- és lázcsillapító) Tervek a felszíni víz határértékre : 10 ng/l

30 A szabványosítás gyerekcípőben van METHOD 539: DETERMINATION OF HORMONES IN DRINKING WATER BY SOLID PHASE EXTRACTION (SPE) AND LIQUID CHROMATOGRAPHY ELECTROSPRAY IONIZATION TANDEM MASS SPECTROMETRY (LC-ESI-MS/MS) METHOD 1694: PHARMACEUTICALS AND PERSONAL CARE PRODUCTS IN WATER,SOIL, SEDIMENT, AND BIOSOLIDS BY HPLC/MS/MS DECEMBER 2007

31 A felszín alá került szennyezések forrásai és elhelyezkedése Szél Eső Település Hulladéklerakás Iszap Injektáló kút Tárolómedence Ipartelep Talaj Mikroorganizmusok Vízzáró réteg Szennyezett csóva Alapkőzet Vízadó réteg

32 Magyarország felszín alatti víztestei ( ) Porózus termál Hideg karszt Meleg termál Hegyvidék Leáramlás Feláramlás

33 Mikroszennyezők eliminálása kémiai módszerekkel Záray professzor: szupertisztító eljárás során a mikro-szennyezőket szűrné ki a vassav (H 2 FeO 4 ) sóival, a ferrátokkal való oxidáció révén. A kutatás az ELTE Környezettudományi Kooperációs Kutatóközpont Irányításával folyik. Kérdés, hogy a bomlástermékek nem veszélyesebbek-e, mint az eredeti szennyezők?

34 A kémiai anyagok lebomlása (környezetben, szervezetben)

35 Etinil-ösztradiol 6-alfa-hidroxi-etinilösztradiol Az OH csoport révén a molekula vízoldhatósága nő, így várhatóan mozgékonysága is nőni fog a felszín alatti vizekben OH

36 Policiklikus aromás szénhidrogének (PAH) OH-származékai? Jelenleg nincsen rájuk szabályozás HO HO OH OH HO HO OH OH pedig tudnánk mérni

37 Másik lehetőség: bontás mikroorganizmusok segítségével

38 Másik lehetőség: bontás mikroorganizmusok segítségével A bontás után visszamaradó szerkezet toxikus marad, nem marad toxikus? Sok esetben nem tudjuk

39 Acetil salicilsav (az Aspirin hatóanyaga) CH 3 Főként szalicilsavvá bomlik (1%-ban:antioxidáns hatású gentizinsav is keletkezik belőle, amelyet a vesék választanak ki)

40 Zöld patika Green pharmacy Egyelőre álom A gyógyszergyárak egyelőre nem törekednek az inert metabolitokra bomló hatóanyagok kidolgozására.

41 Egy érdekes rég/új herbicid: a glifozát (glyphosate, glifoszát)

42 Tarackbúza (Elymus repens) földalatti része

43 Gyomirtas a gyomnövények által okozott kár Gyomnövények (9%-os kárt okoznak): Térparaziták; Vízparaziták; Tápanyag-paraziták; Esetenként allelopatikus hatásúak (pl. a mezei acat); Kártevők rezervoirjai; Emberre, állatra mérgezőek lehetnek; Kárt okoznak: Gazdaságban Egészségben

44 A glifozát, mint herbicid felfedezése, szabadalmaztatása A glyphosate továbbiakban glifozát John E. Franz kémikus (Monsanto) által 1971-ben és Roundup kereskedelmi néven szabadalmaztatott herbicid. Kereskedelmi forgalmazása ben kezdődött. Alkalmazását tekintve a ROUNDUP az egyik legnagyobb mennyiségben és legszélesebb körben használható gyomirtó szer a világon. John E. Franz Monsanto 1971 a glifozát, mint herbicid felfedezője Heszky László (2013): A glifozát-toleráns transzgénikus (GM) fajták előállítása és termesztése. Agrofórum, május p

45 A glifozát szerkezete Glifozát: N-(foszfonometil)glicin gyenge sav Készítmények: izopropilamin trimetilszulfónium sók (glifozát-ipa, glifozát-tms)

46 A glifozát bomlásterméke az AMPA AMPA: Aminometil-foszforsav

47 A hatást növelő polioxi-etilén-amin (POEA) A glifozát növények felületen való megkötődését elősegítő felületaktív anyag. Toxicitása meghaladhatja a glifozátét

48 A glifozát hatásmechanizmusa Aromás aminosavak szintézisének gátlása a kloroplasztiszban

49 Aromás aminosavak szintézisének gátlása Az aromás aminosavak szintézise gátlásának következményei: Leáll a sejtekben a fehérjeszintézis A sikiminsav koncentrációjának toxikus növekedése Közvetett hatás a fotoszintézis leállása a kloroplasztiszokban

50 A glifozát herbicid tulajdonságának hatásmechanizmusa Aromás aminosavak szintézisének gátlása Triptofán Hisztidin Fenilalanin

51 Aromás aminosavak bioszintézise 2/5 Enolpiroszőlősav -3-foszfát EPSP szintáz enzim képe

52 Aromás aminosavak bioszintézise 4/5 Dehidrogenáz Transzamináz Prefeninsav 4-hidroxi-fenilpiroszőlősav Tirozin

53 Aromás aminosavak bioszintézise 5/5 Dehidrogenáz Transzamináz Prefeninsav 4-hidroxi-fenilpiroszőlősav Tirozin

54 Hatékony herbicid akár földi, akár légi kijuttatási technikával

55 Hatékony herbicid akár földi, akár légi kijuttatási technikával

56 Az intenzív technológiákban elkerülhetetlen a vegyszerezés Baj van azonban a szelektivitással, rezisztenciával A herbicidekre számos kultúrnövény érzékeny

57 Mitévők legyünk, ha van egy kabátgombunk?

58 Szerezzünk a gombhoz egy kabátot

59 Szerezzünk a gombhoz egy kabátot

60 A Monsanto és világhírű termékei a probléma megoldása Glifozát forgalmazása 40 évvel ezelőtt GMO szója kibocsátása kb. 20 évvel ezelőtt

61 A világ egyik legnagyobb arányban termelt kultúrnövénye Glycine soya 36% fehérje 30% szénhidrát 20% zsír 9% rost 1900 kj energia

62 Transzformáció : mutáns EPSP szintáz gén beépítése 1/2 Transzgén Promóter Terminátor Mutált EPSPS gén A T T G A A G C G C Eredeti genom (kromoszóma-részlet)

63 Transzformáció : mutáns EPSP szintáz gén beépítése 1/2 Módosított génszakasz Promóter Mutált EPSPS gén Transzgén Terminátor Eredeti genom a beillesztett transzgén-konstrukcióval A transzformációval glifozát-toleráns egyed hozható létre

64 A mutáns EPSP szintáz enzim nem ismeri fel a glifozátot 1/2 N-foszfonometil-glicin Enolpiroszőlősav-3-foszfát

65 A mutáns EPSP szintáz enzim nem ismeri fel a glifozátot 2/2 N-foszfonometil-glicin Enolpiroszőlősav-3-foszfát

66 GMO monokultúrák kockázatai

67 GMO monokultúrák kockázatai glifozát-rezistens gyomok

68 Glifozát-lefedettség saját számítás alapján (kb. 50g/ha) A világ átlagos felhasználása: kb. 50 g/ha glifozát A honlap alapján számításba vehető biológiaialag hasznos termőterület: 1,8 GHa/fő Népesség: 6,7 milliárd = ember Termőterület: 6,7 milliárd x 1,8 Gha = ha A honlap alapján számított glifozát-lefedettség: 2010-ben: tonna = kg glifozát globálisan felhasználva 50 g/ha

69 A világ GM vetésterületének alakulása 1996-tól 2013-ig (M ha) M ha Évek Forrás: GMO Compass, 2014

70 GMO monokultúrák kockázatai A monokultúra kedvez a specifikus kártevők elszaporodásának; Nem-kívánatos génáramlás indulhat meg (gének megszökése pl. pollenek terjedésével kultúrnövények gyom-rokonai); A fentiek alapján szupergyomok kialakulása (Heszky L. és mtsai., Darvas B. és mtsai.); Felszaporodás a környezetben; Megjelenés az emberi vizeletben (18 EU tagállamból önkéntesek vizeletében mutatták ki: Medical Laboratory Bremen, Haferwende 12, Bremen, Germany); Kedvezőtlen élettani hatások gyanúja: teratogenitás, enzimrendszerek károsítása;

71 Krónikus glifozát-expozició Toxikus hatások kétéltűeken Csökkent fejméret, Központi idegrendszer genetikai elváltozásai, A koponyát formáló sejtek pusztulása, Ízületek porcainak deformálódása; Hasonlóság a humán embrióval; Humán születési rendellenességek, Fémionokkal kelátot képez, Az ember elsődleges glifozát-maradék forrása az élelmiszer; Afrikai karmosbéka (Xenopus laevis)

72 A glifozát megjelenése vizeletben A vizeletminták analitikai eredményeit általában a vizeletben mindig megtalálható kreatinin mennyiségére vonatkoztatva adják meg. Oka: A vizsgált komponensek mennyisége az egyén által elfogyasztott víz mennyiségétől is függ. Ezt a bizonytalanságot csökkenti a kreatininre vonatkoztatott mérési eredmények használata

73 Magyarországi vizeletminták glifozát- és AMPA-tartalma Mérési határ Determination of Glyphosate residues in human urine samples from 18 European countries. Medical Laboratory Bemen 2013.

74 Analitika

75 A glifozát-maradék meghatározásának analitikai nehézségei Erősen poláros, Kicsiny molekula, Ennek ellenére nem illékony, Gyenge a fényelnyelése, Fluoreszcenciája nincsen, Fordított fázison gyenge a retenciója; Ezért ismereteink szerint kevés laboratórium vállalkozik maradékainak meghatározására (EU: 32 hatósági labor).

76 Analitikai módszer mezőgazdasági termékek vizsgálatához

77 A minta-előkészítés és mérés vázlatos leírása - Élelmiszer Homogenizálás, majd 5 g minta bemérése, Extrakció hangyasavas metanollal, Centrifugálás, szűrés, Térfogat-beállítás, Bemérés a HPLC autosampler-ébe, Elválasztás Hypercarb GCB oszlopon, LC-ESP - MS/MS (TripleQuad) detektálás, Belső standerdek: 13 C 2 és 15 N nuklidokkal jelzett glifozát standerddel, Jellemző ionátmenetek: 168/63 m/z, illetve a jelzett standerdekből 171/63 m/z; LOQ: 10 ng/g = 10 µg/kg

78 Electrospray ionforrás (LC-MS/MS TPQ) Ködképző gáz Fűtött kapilláris +50 V Gázfázisú ionképződés LC oldal MS oldal Fused silica kapilláris a fúvókával (+1,5 kv Aerosol csóva

79 Glifozát kalibráció (2 ng/ml-100 ng/ml) 100 ng 50 ng 10 ng

80 Glifozát, etefon elúciós sorrendje Glifozát Etefon

81 Jellemző tömegátmenet: 168/63 m/z 3 C = 36 8 H = 8 5 O = 80 1 P = 31 1 N = 14 M 0 = proton-vesztéssel: M 1 = 168 Foszforsav leszakad PO 2 -vé: 63

82 Spike-olt minta kromatogramja 10 µg/kg glifozáttartalommal Módszervak oldat 200 ng/ml glifozát belső sztenderd A glifozát retenciós idejének közelében észlelhető zavaró hatású jelek kromatogramja

83 Spike-olt minta kromatogramja 10 µg/kg glifozáttartalommal 10 ng/ml glifozát 200 ng/ml glifozát belső sztenderd A glifozát 1 ng/ml-es mennyiségének és az izotópjelzett belső sztenderdnek a kromatogramja

84 Egy új lehetőség hormonok kimutatására: MALDI-TOF-MS

85 Egy új lehetőség hormonok kimutatására: MALDI-TOF-MS Matrix Aided LASER Desorption Ioniosation Time Of Flight Mass Spectrometry

86 MALDI-TOF MS mintafogadó lemeze

87 MALDI-TOF MS mintafogadó lemeze

88 MALDI-TOF MS mintafogadó lemeze

89 MALDI-TOF-MS Laser impulzus

90 MALDI-TOF-MS Repülési cső A technikával a nagymolekulájú vegyületek is jó hatásfokkal vizsgálhatók. Pl.: Hormonok, Allergének, Hosszú szénláncú szénhidrogének, Fehérje-szénhid-rát komplexek, Mikroorganizmusok fehérjéi, A technika főként jelenlét/hiány vizsgálatára alkalmas t 1 m 1 t 2 m 2 t 3 m 3 t 4 m 4

91 Összegzés A mérési eredmények megbízhatóságát főként a szakszerű, tervezett és fegyelmezett mintavételi tevékenység szavatolja. Az analitikai technológia készen áll az új kihívások teljesítésére. A rutinszerű mérések igazolható LOQ jellemzői a ppb és ppt (10-9 és g/liter, illetve g/kg) tartományokban mozognak. Legyünk tisztában azzal, hogy a zéró tolerancia tudományosan nem megalapozott szakmai hiedelem!

92 Köszönetnyilvánítás Wessling Közhasznú Nomprofit Kft Kötelesné Suszter Gabriella László József Szekers Zoltán Berente Bálint Dr.

93 Köszönöm megtisztelő figyelmüket!