Utveckling av molekylära markörer för fortlöpande miljöanalys inom akvatisk toxikologi

Projektets syfte är att utveckla ett system för detektion av miljöföroreningars toxiska effekter i akvatisk miljö för fortlöpande miljöanalys. I projektet utvecklas en panel av in vitro-metoder, baserade på molekylära markörer för toxiska mekanismer, till exempel oxidativ stress och hormonstörande effekter.  Metoderna, som mäter den totala effekten av kemikalier i vattenprover, är enkla och känsliga och ett stort antal prover kan analyseras till rimlig kostnad. Testsystemet möjliggör uppföljning av miljömålen för akvatisk miljö i stor skala geografiskt och över tid.

Bakgrund: Ett av de stora miljöhoten är spridning av hundratusentals kemikalier. I miljöanalysen analyseras ett relativt litet antal, kända miljöföroreningar, men för det stora flertalet kemiska ämnen vet vi inget om förekomsten eller om den potentiella risk som de kan utgöra för människor, växter, djur och andra organismer. Det har nyligen rapporterats att endast 1-3% av den toxiska aktivitet, som uppmätts i vattenprover kan förklaras med analyserade halter av kemiska ämnen (Escher et al 2012; Tang et al, 2014). Resten beror på okända, icke analyserade ämnen.

Ett nytt sätt att hantera detta problemområde är med hjälp av effektbaserade bioassays. Metoderna bygger på basala mekanismer som ligger till grund för kemikaliers toxicitet, t ex oxidativ stress, östrogen-aktivitet, androgen-aktivitet eller annan receptoraktivitet. Med hjälp av cellbaserade metoder kan man enkelt studera interaktion mellan kemiska ämnen och olika biologiska målstrukturer/funktioner, t ex receptoraktivitet, cellulära försvarsmekanismer, enzymaktivitet. Sådana signalvägar är väl konserverade mellan olika organismer, inklusive vertebrater och invertebrater och kan prediktera skadliga effekter både hos människa och andra organismer. Fördelar med sådana metoder är att de kan göras direkt i koncentrerade vattenprover eller extrakt av miljöprover, att de är allmängiltiga över organismnivåer, snabba och billiga och att man kan upptäcka hittills okända toxiska ämnen i miljön.

I testerna används celler, som transfekterats med en så kallad reportergen (t ex  luciferas), kopplad till den ligand, som man vill mäta aktiviteten av (t.ex. östrogenreceptorn). Då det kemiska ämnet binds till liganden aktiveras reportergenen, och ljus emitteras i förhållande till aktiviteten hos det testade ämnet eller blandningen av ämnen. Dessa cellbaserade tester kan göras i 96-hålsplattor och ett stort antal prover kan därmed enkelt analyseras på kort tid.

Resultaten visar den samlade toxiska aktiviteten i vattenprovet och kan utgöra ett tidigt varningssystem för att gå vidare med kemiska analyser av specifika ämnen och som underlag för åtgärder. Metoderna kan också användas för att se effekter av insatta åtgärder, liksom att kunna jämföra toxisk aktivitet geografiskt och över tid.