Przejdź do treści Przejdź do stopki
Aktualności

Aktualności

Epidemiologia oparta na ściekach? Niekonwencjonalne pomiary badaczy z AGH

W 2021 r. szerokim echem odbiły się wyniki badań dot. zawartości narkotyków w krakowskiej kanalizacji. Na podstawie analizy próbek z miejskich oczyszczalni ścieków Europejskie Centrum Monitorowania Narkotyków i Narkomanii opracowało doroczny raport, zawierający szczegółowe dane na temat spożycia niedozwolonych substancji. Kontynuacja badań w tym zakresie, prowadzona przez zespół badawczy pod kierownictwem dr hab. inż. Katarzyny Styszko, prof. AGH z Wydziału Energetyki i Paliw, ma na celu oszacowanie stopnia narażenia mieszkańców na niebezpieczne dla człowieka wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, wchodzące w skład zanieczyszczeń powietrza.

Zarówno narkotyki, jak i wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) zaliczane są wspólnie do tzw. ksenobiotyków (gr. ksenos – obcy oraz bios – życie), czyli tego typu substancji, które nie są wytwarzane przez organizm, a na niego oddziałują. Do tej grupy należą m.in. leki, które w przeciwieństwie do wymienionych związków chemicznych mają przeważnie pozytywny wpływ na funkcjonowanie człowieka. Niektóre WWA, będące głównym obiektem zainteresowania badaczy z WEiP, stanowią bowiem substancje trujące, o działaniu rakotwórczym i mutagennym – powodują one np. mutacje DNA, białaczkę czy raka płuc. Są przy tym niebezpieczne nie tylko dla człowieka, lecz również środowiska, dla którego – ze względu na powolną degradację – okazują się długotrwałym zagrożeniem.

WWA stanowią składnik pyłowych zanieczyszczeń powietrza, zaś ich źródłem jest przede wszystkim niepełne spalanie materiałów organicznych. Jako że wchodzą w zakres cząstek stałych z tzw. frakcji drobnej PM1 oraz PM2.5, łatwo wnikają one do układu oddechowego i krwionośnego. Największe stężenia tych substancji w atmosferze notuje się natomiast na terenach zurbanizowanych, gdzie z jednej strony mamy do czynienia z dużym ruchem ulicznym, a z drugiej strony niewielkim rozproszeniem zanieczyszczeń. Jednak WWA mogą przedostawać się do organizmu nie tylko z powietrza, ponieważ ich obecność w ludzkim ciele może wynikać z diety lub wykonywanego zawodu. Pomiary środowiska nie są zatem wystarczające, jeżeli chcemy poznać całkowity stopień narażenia populacji na te związki.

– Jesteśmy narażeni na WWA nie tylko poprzez zanieczyszczenia powietrza, lecz również zanieczyszczenia wody. Wysoka ekspozycja na owe trujące substancje może także wynikać z palenia papierosów bądź wykonywanego zawodu. Innym źródłem narażenia człowieka na szkodliwe dla zdrowia wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne są też zanieczyszczenia pożywienia. Im więcej jemy smażonych czy grillowanych potraw, tym bardziej jesteśmy narażeni na pochłanianie większych dawek WWA – tłumaczy prof. Katarzyna Styszko, która jest kierownikiem projektu.

Analityka ścieków

W określeniu stopnia narażenia na te związki może pomóc połączenie pomiarów w mieście z biomonitorigiem człowieka pod względem WWA, a także ich metabolitów, które powstają wskutek przemian chemicznych zachodzących w organizmie. W tym celu można wykorzystać innowacyjną metodę opartą na analizie chemicznej określonych produktów metabolizmu ludzkiego w oczyszczalni, a więc epidemiologię opartą na ściekach (ang. WBE), która jest w stanie dostarczyć zintegrowanego obrazu styczności mieszkańców danego miasta z wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi. W wielu dotychczasowych badaniach biomonitoringowych wykazano bowiem bardzo precyzyjną korelację pomiędzy narażeniem populacji na WWA a występowaniem ich biomarkerów w moczu.

– Klasyczna epidemiologia opiera się głównie na ankietowaniu i badaniach krwi czy moczu pacjentów lub ochotników biorących udział w tego typu działaniach. To zwykle jest jednak wąska populacja, ponadto takie badania są bardzo drogie, wymagają wiele pracy, a zanim uzyskamy wyniki, mija sporo czasu. W wypadku epidemiologii opartej na ściekach możemy  praktycznie na bieżąco oszacować narażenie konkretnej populacji na wybrane substancje. Przeliczamy to zazwyczaj w mg/24h na tysiąc mieszkańców. Teraz ze względu na pandemię prowadzi się intensywne badania dot. obecności wirusa w ściekach – mówi prof. Styszko.

WBE dostarcza więc obiektywnych danych na temat sumarycznej ekspozycji mieszkańców określonego obszaru na ksenobiotyki w rodzaju WWA, które po dostaniu się do organizmu człowieka są szybko metabolizowane, po czym opuszczają go w trakcie paru dni w formie ich hydroksypochodnych. Wastewater-based epidemiology można więc nazwać zbiorowym testem moczu, na podstawie którego analitycy są w stanie oszacować stopień narażenia populacji na niebezpieczne substancje w czasie niemal rzeczywistym. Taką właśnie metodę wykorzystali inżynierowie z WEiP, którzy w trakcie swoich kompleksowych badań nie tylko przeprowadzili szczegółowe analizy pyłu zawieszonego, lecz również dokonali dokładnych pomiarów ścieków, nawiązując owocną współpracę z największą oczyszczalnią w Krakowie, a drugą co do wielkości w kraju.

Kampania pomiarowa

W ramach grantu finansowanego z projektu IDUB, badacze z AGH zorganizowali dwie kampanie pomiarowe próbek ścieków – letnią (2020 r.) oraz zimową (2021 r.), w celu określenia zmian sezonowych badanych związków. Pobrane w oczyszczalni ścieki były transportowane do laboratorium, gdzie po odpowiednim przygotowaniu były analizowane z zastosowaniem chromatografu gazowego sprzężonego ze spektrometrem mas. Pomiary to jednak nie wszystko, ponieważ w celu oszacowania stopnia narażenia ludzi na WWA konieczna była znajomość procesów metabolizmu WWA i odpowiednie obliczenia wsteczne, które powinny pozwolić ostatecznie na uzyskanie odpowiedzi na postawione pytania.

 

Procedura przygotowania próbek ścieków do analizy

– Układ chromatografu gazowego oraz spektrometru mas stanowi przykład tzw. technik łączonych. Chromatografia to technika separacji, która ma za zadanie rozdzielić próbkę na poszczególne frakcje, natomiast zastosowanie spektrometrii mas ma na celu zarówno wyznaczenie zawartych w niej substancji, jak i określenie ich stężeń. Rozdział związków zachodzi w kolumnie chromatograficznej w wyniku zastosowania odpowiedniego gradientu temperaturowego. Związki następnie przepływają wraz z gazem nośnym do spektrometru mas, stanowiącego detektor – opisuje krótko prof. Styszko.

Prezentacja rezultatów

Pierwsze wyniki prac laboratoryjnych, które przedstawiono na łamach czterech artykułów w wysoko punktowanych czasopismach (100 pkt na liście MEiN) oraz podczas konferencji naukowo-badawczej, która odbyła się w grudniu 2021 r. w AGH, wskazywały na wysoką zależność sezonową narażenia mieszkańców Krakowa na wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne. Pozytywne efekty prowadzonych badań pozwolą na rozszerzenie analityki ścieków w innych miastach – nie tylko w Polsce, ale także w Europie. Umożliwią one również ocenę ryzyka związaną z transportem do środowiska wodnego hydroksylowych pochodnych WWA, które – jak się okazało – nie są całkowicie usuwane w oczyszczalni ścieków, a w ocenie badaczy mogą być nawet bardziej toksyczne od związków wyjściowych.

***

Projekt pod tytułem Rozwój innowacyjnej metody epidemiologicznej opartej na analizie ścieków do identyfikacji stopnia narażenia populacji na terenach zurbanizowanych na zanieczyszczenie środowiska ksenobiotykami sfinansowany został z grantu uczelnianego (I edycja konkursu System grantów uczelnianych na prace badawcze realizowane z udziałem doktorantów – Działanie 4), w ramach programu Inicjatywa Doskonałości – Uczelnia Badawcza, AGH 2020–2022, POB-2.

Stopka