Alternatieve methode voor watertesten detecteert opkomende verontreinigingen

Nieuwe methode ontdekt om opkomende verontreinigingen in wateren te detecteren

Verontreinigingen die bekend staan als “opkomende verontreinigingen” of chemicaliën die mogelijk schadelijk zijn voor de menselijke gezondheid, worden steeds vaker aangetroffen in stromen en meren. Deze omvatten pesticiden, ingrediënten van persoonlijke verzorgingsproducten, farmaceutische stoffen en perfluoroalkylstoffen (PFAS).

Een team van onderzoekers van Penn State heeft onlangs de nauwkeurigheid en bruikbaarheid aangetoond van een nieuwe methode om zelfs zeer lage niveaus van deze stoffen in oppervlaktewateren te vinden. Ze hebben hun bevindingen gerapporteerd in Science of the Total Environment.

Opkomende verontreinigingen, die in stromen terechtkomen via afvalwaterzuiveringsinstallaties, landbouwafstromingen en industriële lozingen, vormen ernstige bedreigingen. Volgens teamleider Heather Preisendanz, professor in landbouw- en biologische techniek aan Penn State, zijn er risico’s voor de menselijke gezondheid, waaronder mogelijke effecten op het endocriene, immuun- en voortplantingssysteem.

Bijvoorbeeld, bisfenol-A (BPA), ftalaten en bepaalde farmaceutische stoffen zijn in verband gebracht met hormonale verstoringen en ontwikkelingsafwijkingen. Bovendien kunnen antibiotica bijdragen aan de ontwikkeling van antibiotica-resistente bacteriën.

“Aquatische soorten lopen ook risico, met effecten op groei, voortplanting en gedrag,” voegde ze eraan toe. “PFAS zijn bijvoorbeeld in verband gebracht met ontwikkelingsafwijkingen bij vissen, en blootstelling aan antidepressiva heeft aangetoond dat het gedrag van vissen en andere aquatische organismen verandert.”

De onderzoekers meldden dat hun nieuwe methode, die gebruikmaakt van celgebaseerde bioassays om de concentratie of potentie van stoffen te meten aan de hand van hun effect op levende cellen, potentiële ecologische gevaren ontdekte in watermonsters die met conventionele tests niet konden worden aangetoond. Door monsters te verzamelen van negen locaties in drie centrale Pennsylvania-stromen, vergeleken de onderzoekers de resultaten van de twee methoden.

Met de conventionele gerichte chemische concentratie-analyse evalueerde het team watermonsters op 47 opkomende verontreinigingen, waaronder pesticiden, ingrediënten in persoonlijke verzorgingsproducten en veterinaire en menselijke farmaceutische stoffen. De onderzochte verontreinigingen waren gebaseerd op eerder onderzoek in het bestudeerde stroomgebied en omvatten 21 farmaceutische stoffen, 15 pesticiden en 11 persoonlijke verzorgingsproducten.

De onderzoekers gebruikten een blootstellings-activiteitsverhouding voor elke chemische stof, die aangeeft welke chemische concentraties mogelijk cellulaire schade kunnen veroorzaken, en een toxicologische prioriteitsindex, een hulpmiddel dat helpt de bedreiging voor aquatisch leven door chemicaliën te beoordelen door gegevens uit meerdere bronnen te integreren en deze in een visueel profiel weer te geven.

Met deze gegevens bepaalden de onderzoekers dat de farmaceut carbamazepine, meestal gebruikt voor de behandeling van epilepsie; het pesticide carbaryl, gebruikt voor het bestrijden van teken en vlooien; en het herbicide atrazine, gebruikt om onkruid te doden en te voorkomen, de grootste zorgen met zich meebrachten.

De alternatieve methode, met celgebaseerde bioassays, gaf echter de aanwezigheid van verontreinigingen aan die verder gingen dan de 47 die met de conventionele analyse waren geëvalueerd op alle negen bemonsteringslocaties. Volgens eerste auteur Jack Vanden Heuvel, professor in moleculaire toxicologie aan de College of Agricultural Sciences van Penn State, is chemische analyse alleen onvoldoende om potentieel getroffen ecosystemen te monitoren, gezien het brede scala aan chemicaliën dat in het stroomwater aanwezig is.

In plaats daarvan legde hij uit dat de onderzoekers alternatieve methoden toepasten: bioassays die zijn ontworpen om voorspellend te zijn voor potentiële nadelige gebeurtenissen veroorzaakt door verontreinigingen, om de cumulatieve chemische activiteit in stroomwater te beoordelen. De bioassays stelden het team in staat om de bedreiging te beoordelen die gepaard gaat met complexe mengsels van chemicaliën.

“Voorspelde activiteit op basis van individuele chemische analyses en de berekende blootstellings-activiteitsverhouding verschilde van die gemeten door bioassays, wat aangeeft dat biologisch actieve chemicaliën aanwezig zijn in de monsters die niet zijn opgenomen in de gerichte analyses,” zei Vanden Heuvel.

“Gecombineerd tonen deze gegevens aan dat chemische analyses en blootstellingsactiviteitsverhoudinganalyses nuttig zijn voor de prioritering van chemicaliën en verontreinigingslocaties, terwijl celgebaseerde bioassays inclusiever zijn voor bekende en onbekende chemische verontreinigingen, waardoor ze nuttiger zijn voor de algehele analyse van waterkwaliteit.”