Kismolekulájú klórozott szénhidrogének fotoszintetizáló vízi szervezetekre gyakorolt hatásainak vizsgálata Dr. Vasas Gábor

ÖKOTOXIKOLÓGIA Halogénezett szénhidrogének környezetre gyakorolt hatásának vizsgálata Kidolgozott technológiák, eljárások toxicitásának vizsgálata

Bevezetés I. - Kismolekulájú klórozott szénhidrogének nem megfelelő tárolása - A talajvízmozgások következtében a talajban, talajvízben felhalmozódott kismolekulájú klórozott szénhidrogének felszíni vizekben való megjelenésének növekvő kockázata -A leggyakoribb kismolekulájú klórozott szénhidrogén szennyezők: tetraklóretán, tetraklóretilén, triklóretilén -A felszíni vizekbe kerülő klórozott szénhidrogének sorsa kevésbé ismert. Vízoldhatóságuk egymástól jelentősen eltér, általánosságban csekélynek mondható. A víznél nagyobb sűrűségük miatt azonban nem mozgó víztérben a vízfenékre süllyednek, ahonnan folyamatosan a víztestbe kerülve károsíthatják a vízi szervezeteket. Bevezetés I. - Kismolekulájú klórozott szénhidrogének nem megfelelő tárolása - A talajvízmozgások következtében a talajban, talajvízben felhalmozódott kismolekulájú klórozott szénhidrogének felszíni vizekben való megjelenésének növekvő kockázata -A leggyakoribb kismolekulájú klórozott szénhidrogén szennyezők: tetraklóretán, tetraklóretilén, triklóretilén -A felszíni vizekbe kerülő klórozott szénhidrogének sorsa kevésbé ismert. Vízoldhatóságuk egymástól jelentősen eltér, általánosságban csekélynek mondható. A víznél nagyobb sűrűségük miatt azonban nem mozgó víztérben a vízfenékre süllyednek, ahonnan folyamatosan a víztestbe kerülve károsíthatják a vízi szervezeteket.

Bevezetés II. - Fizikai és kémiai tulajdonságai következtében (kis molekulatömeg, illékonyság, nagymértékű lipofilitás) mindhárom klórozott szénhidrogén gyorsan abszorbeálódik, miután kontaktusba kerül az élő szervezetekkel. Mind nukleáris, mind mikroszómális citokróm P- 450 részt vesz e vegyületek metabolizmusában, a molekulák toxicitásában kulcsszerepet játszanak a folyamat során keletkező reaktív termékek. - A májkárosító hatás, bizonyos halogénezett alkánok mutagén hatása, egyes állatkísérletekben kimutatott karcinogén hatás - jól ismertek az irodalomban. Az állatkísérletek és a szövettenyészeteken, sejtszuszpenzióban végzett kísérletek során kimutatták, hogy a klórozott szénhidrogének több enzim működésére befolyással vannak. - Termelő (fotoszintetizáló) szervezetekre kifejtett hatások hiányos ismerete. Bevezetés II. - Fizikai és kémiai tulajdonságai következtében (kis molekulatömeg, illékonyság, nagymértékű lipofilitás) mindhárom klórozott szénhidrogén gyorsan abszorbeálódik, miután kontaktusba kerül az élő szervezetekkel. Mind nukleáris, mind mikroszómális citokróm P- 450 részt vesz e vegyületek metabolizmusában, a molekulák toxicitásában kulcsszerepet játszanak a folyamat során keletkező reaktív termékek. - A májkárosító hatás, bizonyos halogénezett alkánok mutagén hatása, egyes állatkísérletekben kimutatott karcinogén hatás - jól ismertek az irodalomban. Az állatkísérletek és a szövettenyészeteken, sejtszuszpenzióban végzett kísérletek során kimutatták, hogy a klórozott szénhidrogének több enzim működésére befolyással vannak. - Termelő (fotoszintetizáló) szervezetekre kifejtett hatások hiányos ismerete.

A munkánk során vizsgált klórozott szénhidrogének metabolizmusa Bevezetés III.

Célkitűzés I: A vízi ökológiai rendszerek trofikus kapcsolatrendszerének legalsó szintjét képviselő fotoszintetizáló prokarióta organizmus, a Synechococcus elongatus (Synechococcus sp. PCC 6301) cianobaktérium esetében kismolekulájú klórozott szénhidrogének fiziológiai hatásainak vizsgálata. Hogyan alakul az Synechococcus tenyészetek növekedése az adott klórozott szénhidrogének jelenlétében? A magasabbrendű gerincesek esetében megfigyelhető enzimológiai változások bekövetkeznek-e a vizsgált fotoszintetizáló prokarióta organizmus esetében is a kezelések során? II: Természetes körülmények között fotoszintetizáló planktonikus életközösségben milyen változások következnek be kismolekulájú klórozott szénhidrogének jelenlétében. Célkitűzés I: A vízi ökológiai rendszerek trofikus kapcsolatrendszerének legalsó szintjét képviselő fotoszintetizáló prokarióta organizmus, a Synechococcus elongatus (Synechococcus sp. PCC 6301) cianobaktérium esetében kismolekulájú klórozott szénhidrogének fiziológiai hatásainak vizsgálata. Hogyan alakul az Synechococcus tenyészetek növekedése az adott klórozott szénhidrogének jelenlétében? A magasabbrendű gerincesek esetében megfigyelhető enzimológiai változások bekövetkeznek-e a vizsgált fotoszintetizáló prokarióta organizmus esetében is a kezelések során? II: Természetes körülmények között fotoszintetizáló planktonikus életközösségben milyen változások következnek be kismolekulájú klórozott szénhidrogének jelenlétében.

Anyag és módszer - Synechococcus PCC 6301 Anyag és módszer - Synechococcus PCC Nevelés állandó fényen (80 µmol × m-2 × s-1), 37°C-on, steril levegővel buborékoltatott 300 ml-es Erlenmeyer lombikokban - Növekedés vizsgálatok (klorofilltartalom, fehérjetartalom, száraz tömeg, sejtszám meghatározása) - Fotoszintetikus pigmentek arányának vizsgálata (Fityk) - Enzimológiai vizsgálatok (Peroxidáz; lipid peroxidáció - TBARS; SOD)

A Synechococcus tenyészetek növekedése a különböző kezelések során a sejtszám alapján

A fotoszintetikus pigmentek arányának változása a kezelések során A kontroll tenyészetben nem változott a klorofill:feofitin arány a vizsgált időszakban. Triklóretilén hatására ez az arány csökkent a kezelés első 10 órájában, majd a kezelés kezdetétől számított 14. órában az arány a kontrollban megfigyelhető értéket érte el. Mind a tetraklóretilén, mind a tetraklóretán a klorofill:feofitin arány csökkenéséhez vezetett, ez a csökkenés tetraklóretilén esetében volt nagyobb mértékű. Az aránycsökkenés a feofitinek nagyobb mennyiségben való jelenlétére utal, jelezve a fotoszintetikus apparátusban bekövetkező kedvezőtlen változásokat.

A peroxidáz enzim aktivitásának változása a különböző kezelések során A proxidáz aktivitásban a tetraklór származékok okoztak nagyobb mértékű változást a kezelés első 4 órájában (a tetraklóretilénnel kezelt tenyészetben 38%-kal, a tetraklóretánnal kezelt tenyészetben 17%-kal volt magasabb az aktivitás, mint a kontroll tenyészetben). A kontrolltól való eltérés 24 illetve 13%- ra csökkent a kezelés 12. órájára. A triklóretilén sajátos dinamikát mutatott. (100% a kezelés kezdetén a kontrollban mérhető érték).

A TBA reaktív vegyületek mennyiségének változása a különböző kezelések során A lipid peroxidáció mértéke a peroxidáz aktivitással összhangban a tetraklór származékok esetében volt fokozottabb. Tetraklóretilén hatására 30%-al, míg tetraklóretán hatására 100%-al emelkedett a TBA reaktív anyagcseretermékek mennyisége a 12. órában a kontrollban mérhető értékekhez képest. (100% a kezelés kezdetén a kontrollban mérhető érték).

A szuperoxid-diszmutáz enzim aktivitásának változása a különböző kezelések során A SOD aktivitás triklóretilénnel való kezelés során változott legnagyobb mértékben: a kezelés 12. órájára az aktivitás több, mint 6,5-szörösére nőtt a kontrollban ekkor mérhető értékhez képest (3. ábra). A tetraklóretilén esetében a kontrollban mérhető érték 5,6-szorosa; a tetraklóretán esetében 5-szöröse a SOD aktivitás a kezelés kezdetétől számított 8. órában. A 12. órára ezek az értékek visszaestek a tetraklór származékok esetében, de továbbra is a kontrollban mérhető értéknél magasabb maradt az aktivitás. (100% a kezelés kezdetén a kontrollban mérhető érték)

Scenedesmus armatus Scenedesmus intermedius Tetrastrum staurogeniaeforme Achnantes sp. (ACHNSPEC) Chlorella sp. (CHLOSPEC) Chrysococcus rufescens (CHRYRUFE) Chrysococcus sp. (CHRYSPEC) Coelastrum microporum (COELMICR) Cryptomonas sp. (CRYPSPEC) Cyclotella meneghiniana (CYCLMENE) Cyclotella sp. (CYCLSPEC) Kephyrion sp. (KEPHSPEC) Lepocynclis sp. (LEPOSPEC) Limnothrix sp. (LIMNSPEC) Navicula sp. (NAVISPEC) Nitzschia sp. (NITSSPEC) Scenedesmus acuminatus (SCENACUM) Scenedesmus armatus (SCENARMA) Scenedesmus intermedius (SCENINTE) Scenedesmus quadricauda (SCENQUAD) Scenedesmus spinosus (SCENSPIN) Tetrastrum staurogeniaeforme (TETRSTAU) Trachelomonas volvocinopsis (TRACVSIS)

Achnanthes sp.Chlorella sp.Chrysococcus sp.Coelastrum microporum Cryptomonas sp. Cyclotella meneghiniana Kephyrion sp.Lepocynclis sp.Limnothrix sp.Navicula sp. Nitzschia sp. Scenedesmus acuminatus Scenedesmus quadricauda Scenedesmus spinosus Trachelomonas sp.

a) Az egyedszám változása; b) a klorofill-a tartalom változása egységnyi mintatérfogatra vonatkoztatva; c) a klorofill-a tartalom változása egyedre vonatkoztatva A fitoplankton mennyiségi változásai klórozott szénhidrogénekkel való kezelés hatására.

A fajszám változása a különböző klórozott szénhidrogénekkel kezelt fitoplankton együttesekben.

Idő A fajösszetétel időbeni változása a kontroll és a kezelt edényekben RDA analízis alapján. Monoraphidium, Oocystis, Pediastrum, Kephyrion, Limnothrix érzékenyek Trachelomonas, Cyclotella fajok dominánsa Chlorella, Coelastrum, Scenedesmus nem érzékeny : kontroll, 0. nap; : 1. nap; : 2. nap; : 3. nap. : tetraklóretán kezelés, 0. nap; : 1. nap; : 2. nap; : 3. nap. : tetraklóretilén kezelés, 0. nap; : 1. nap; : 2. nap; : 3. nap. : triklóretilén kezelés, 0. nap; : 1. nap; : 2. nap; : 3. nap

Összefoglalás - A gátlás különböző mértékű a különböző klórozott szénhidrogének hatására, a tenyészetek regenerálódása is eltérő. Ezen túlmenően a vizsgált klórozott szénhidrogének elváltozásokat okoznak a fotoszintetikus apparátus pigmentösszetételében is. - Az enzimológiai vizsgálatok során kimutattuk az oxidatív stressz, illetve következményeinek eliminálásában szerepet játszó enzimek indukcióját (hasonlóan az emlőssejtekben megfigyelt változásokhoz). - Természetes algaközösségekben az egyes algák toleranciaspektrumának megfelelő válaszok egyesek eltűnnek, mások egyedszáma csökken. Algaközösségben drasztikus változás - Vizsgálataink alapján tetraklóretán, tetraklóretilén, triklóretilén toxicitási sorrend felállítható

Publikált eredmények -Tananyag, Hidrotoxikológia (Hidrobiológus képzés) -Tanszéki szeminárium -Konferencia: Hidrobiológus Napok (Hidrobiologus.Napok.2010) - Konferencia: Shallow Lakes (Shallow.Lakes.Conference.2011) - Hidrológiai közlöny (Bacsi_etal_Hidrol.Kozl.2011) -Diplomamunka - (Török.Tamas_Diplomamunka) - Hydrobiologia (Hydrobiologia.submission.2011 )

Dr. Bácsi István Dr. Dévai György Dr. Grigorszky István Dr. Nagy Sándor Alex Dr. Vasas Gábor 5 th Subprogram Study of the toxicity and the risk factor of chlorinated hydrocarbons and their derivatives occurring in the course of chemical elimination processes

Köszönöm a figyelmet!