Ogólna charakterystyka metod biologicznej kontroli jakości środowiska

31.08.2018

Dodaj do:
Autor: 
Jolanta Kozak, Maria Włodarczyk-Makuła*
Zdjecie artykułu: 
ilustracja1

 

1. Wprowadzenie

            Toksykologia obejmuje  badania  i ocenę  niekorzystnego lub szkodliwego działania substancji chemicznych i innych czynników na organizmy, a także analizę prawdopodobieństwa ich wystąpienia w różnych warunkach ekspozycji. Organizmy  łączą efekty pozytywnego i negatywnego wpływu  ksenobiotyków, zatem obserwowana odpowiedź jest  efektem działania wszystkich aktywnych biologicznie komponentów środowiska.  Dlatego testy biologiczne dostarczają kompleksowej informacji o skali toksyczności niż  analizy chemiczne.  Badania własności różnych substancji i czynników oraz ich oddziaływanie na organizm pozwala na określenie takich własności jak:

  • toksyczność określana jako  bezpośrednie wywołanie objawów chorobowych
  • mutagenność  - powodowanie zmian genetycznych
  • kancerogenność – inicjowanie zmian nowotworowych
  • teratogenność -  oddziaływanie na rozrodczość
  • alergenność – reakcje nadwrażliwości na czynniki środowiska.

Podstawą badań toksykologicznych jest zależność dawka–odpowiedź,  czyli zależność między dawką danej substancji toksycznej a prawdopodobieństwem wystąpienia określonego efektu biologicznego w organizmach wskaźnikowych.  Zależność ta  może nasilać się wraz ze wzrostem dawki tej substancji i  wyrażana jest nie dla poszczególnych osobników, ale dla całej populacji   narażanej na konkretną dawkę. W badaniach wykorzystuje się laboratoryjne testy toksykologiczne. Ponadto coraz popularniejsze stają się bardziej czułe metody,  do których należą biomarkery stosowane w badaniach na poziomach: fizjologicznym, komórkowym, subkomórkowym i molekularnym [ 1,2]. W tabeli 1 przedstawiono podział toksykologii [3].

 

Tabela 1. Podział toksykologii  [3]

Użytkowa

Środowiskowa

Kliniczna

Sądowa

Badania oddziaływań na organizmy:

-pestycydów,

-środków konserwujących,

- leków w chemioterapii.

 

Przemysłowa

Pozaprzemysłowa

środowiskowa

Ekotoksykologia

Dotyczy diagnostyki  i leczenia ostrych zatruć

-przypadkowych,

-zawodowych,

-samobójczych.

 

Przygotowanie

ekspertyz

sądowych

Ocena  środowiska

pracy człowieka

(efekty toksyczne

obserwowane

bezpośrednio u

człowieka )

Ocena zanieczyszczenia

-powietrza atmosferycznego,

-wody,

-ścieków

- gleby.

- żywność

Badania 

oddziaływania

toksycznych

substancji

chemicznych na

organizmy

oprócz

człowieka

 

 

 

            Działalność antropogeniczna człowieka, w wyniku której występuje emisja  zanieczyszczeń do wód, powietrza atmosferycznego oraz gleby  wywołuje negatywne skutki dla organizmów  bytujących  w środowisku. Skutki te stanowią przedmiot badań  toksykologii środowiska, w tym także  ekotoksykologii. W obszarze badań  toksykologii  środowiska jest badanie kompleksowego oddziaływania substancji toksycznych  na elementy biosfery, poprzez kontrolowanie ich przemieszczania w ekosystemach i pomiędzy nimi. Zajmuje się badaniem obiegu  naturalnych i  antropogenicznych zanieczyszczeń i ich wpływu na strukturę i funkcję ekosystemów. Na podstawie tych badań można określić źródła zanieczyszczeń, dopuszczalne stężenia oraz sposoby zapobiegania emisji tych związków. Ekotoksykologia jest gałęzią toksykologii zajmującą się szkodliwym wpływem substancji chemicznych występujących w środowisku na organizmy inne niż człowiek.  Jest to nauka  o efektach działania substancji toksycznych nie  tylko na pojedyncze elementy ekosystemów lecz kompleksowo na cały ekosystem.  Substancjami toksycznymi mogą być zarówno substancje naturalne pochodzenia roślinnego (np. mykotoksyny) jak i ksenobiotyki wprowadzane przez człowieka do środowiska, a wśród nich np. pestycydy, dioksyny czy zanieczyszczenia pochodzenia przemysłowego [1]. Celem pracy był ogólny przegląd metod badań biologicznej kontroli jakości środowiska z uwzględnieniem badań toksykologicznych.

 

 

2. Wskaźniki toksyczności

             Niektóre substancje  wywierają  niekorzystny wpływ na środowisko wtedy, gdy ich  ilość przekracza poziom tła, choć same w sobie często nie są substancjami toksycznymi. Przykładem mogą być tu fosforany, które występują naturalnie w wodzie,  jednak nadmierna ich ilość powoduje eutrofizację zbiorników wodnych. Innym przykładem mogą być tzw. trwałe zanieczyszczenia środowiska. Do grupy tej należą m.in. pestycydy,  polichlorowane bifenyle i wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne. Wyróżnia się także inne substancje,  które mają niekorzystny wpływ na człowieka i inne organizmy. Można je podzielić na pierwotne oraz wtórne czyli takie, które powstały w wyniku reakcji chemicznych związków podstawowych wprowadzonych do środowiska z innymi składnikami.  W środowisku bowiem  oprócz  migracji zanieczyszczeń zachodzą permanentnie różne procesy przemian, wśród których można wymienić adsorpcję czy transformacje  substancji chemicznych [1, 2]. W  toksykologii  używa się  terminu „toksyczność”, która definiowana jest jako cecha związków chemicznych, polegająca na bezpośrednim oddziaływaniu na organizm,  do których związki te  wniknęły.  Toksyczność to działanie niepożądane wynikające z reakcji chemicznych czy fizykochemicznych pomiędzy związkiem chemicznym, który wniknął do organizmu, a układem biologicznym (DNA, enzymy). Wyróżnia się toksyczność ostrą i chroniczną. Charakterystykę tych przypadków przedstawiono w  tabeli 2 [2].

 

Tabela 2. Porównanie toksyczności ostrej  chronicznej [5].

Toksyczność

Ostra

Chroniczna ( przewlekła )

Zmiany w organizmach testowych następują w krótkim czasie (do 96 h) po jednorazowym podaniu  substancji chemicznej

 

Zmiany w organizmach testowych, wywołane oddziaływaniem w dłuższym czasie i po wielokrotnym lub stałym narażeniu na związek chemiczny. Obserwowana odpowiedź polega na zmianie aktywności fizjologicznej organizmu.

 

Testy toksyczności ostrej umożliwiają uzyskanie informacji dotyczących oddziaływania na organizmy, związków chemicznych czy mieszanin substancji, które mogą występować w  wodach powierzchniowych,  wodzie przeznaczonej do spożycia oraz w ściekach czy  odciekach ze składowisk odpadów.  Mogą również służyć do zlokalizowania  skażonych terenów oraz do kontroli procesów bioremediacji gruntów. Testy długotrwałej toksyczności czyli testy toksyczności chronicznej służą do oceny niekorzystnego oddziaływania ksenobiotyków na osobniki i populacje w warunkach przedłużonego działania.  Badana substancja podawana jest do organizmu w conajmniej pięciu stężeniach w ciągu całego cyklu życiowego organizmu  (np. embriony, młodzież, osobniki dojrzałe). Testy te  obejmują niepełny  cykl życiowy organizmów  i zazwyczaj są to najbardziej wrażliwe okresy życia  czyli takie jak reprodukcja czy wzrost [1]. W zasadzie niemal wszystkie związki chemiczne mogą być  toksyczne i właściwie zależy od wchłoniętej dawki.

            Efekt  biologiczny spowodowany działaniem danej substancji chemicznej może mieć różnorodny charakter. Niekiedy jest toksyczny, ale  czasem wskutek działania różnych czynników adaptacyjnych organizmu, skutek działania i stopień toksyczności może być inny.   Z tego względu przy ocenie ryzyka używa się różnych  pojęć i wielkości.  Miarą oddziaływania jest dawka  określana jako  ilość substancji chemicznej podana, pobrana lub wchłonięta do organizmu w określony sposób, warunkując brak lub wystąpienie efektów biologicznych wyrażonych odsetkiem organiz­mów odpowiadających na tę dawkę. Ilość ta podawana  jest w jednostkach wagowych w odniesieniu do  masy  lub powierzchni  ciała. Czasami  wielkość ta podawana jest w odniesieniu do czasu ekspozycji. Jak już wspomniano, w toksykologii,  istotna jest zależność pomiędzy przyjętą dawką a odpowiedzią organizmu. Aby ilościowo oceniać i porównywać toksyczne własności różnych związków chemicznych stosowana  jest specjalna skala oznaczana skrótem LD ( ang. lethal dose - dawka śmiertelna).

             Najłatwiejszym do zaobserwowania punktem końcowym w doświadczeniach biologicznych jest śmierć organizmów. Efekt taki wywołuje  podanie dawki śmiertelnej. Odpowiada to takiej ilości substancji chemicznej, która powoduje śmierć już po jednorazowym podaniu. W badaniach laboratoryjnych najczęściej  wyznacza się  dawkę śmiertelną medialną czyli LD50 . Oznacza to  taką dawkę, przy której nastąpił zgon 50 ze 100 testowanych organizmów, które w różny sposób narażone były na działanie danego związku. Inną skalą, stosowaną dla substancji gazowych jest stężenie śmiertelne we wdychanym powietrzu, oznaczane skrótem LC (ang. Lethal concentration - stężenie śmiertelne). W badaniach toksykologicznych stosuje się także dawkę graniczną DM (ang. dosis minima), która określa najmniejszą ilość substancji wywołującej pierwsze dostrzegalne skutki biologiczne. Kolejną wielkością  jest stężenie efektywne EC50 (ang. effect concentration). Jest to stężenie toksykanta powodujące powstanie jakichkolwiek zmian w organizmach testowych np. hamowanie procesów biochemicznych czy wzrostu. Jako wynik oznaczenia podawane jest stężenie hamujące w 50% dany proces fizjologiczny, w odniesieniu do czasu trwania eksperymentu EC50 – t. W badaniach toksyczności przewlekłej stosowane są także wskaźniki takie jak NOEC, LOEC oraz NOAEL. Wskaźnik NOEC(D)  (ang. no observed effect concentration (dose)) oznacza  najwyższą dawkę , która w określonym czasie trwania badań nie powoduje żadnych dostrzegalnych zmian w organizmach testowych. Wskaźnik LOEC  (ang. lowest observed effect concentration) oznacza  najniższą dawkę,  która w określonym czasie trwania badań toksyczności chronicznej  wywołuje zmiany w organizmach testowych. NOAEL (Nel lub NOEL)  z kolei to  najwyższa dawka lub poziom narażenia w badaniach umożliwiających wyznaczenie zależności dawka-odpowiedź, przy którym nie występuje istotny statystycznie lub biologicznie, wzrost częstości lub nasilenie niepożądanych skutków w porównaniu z grupą kontrolną [2,3,4,5].

 

 

3. Metody biologicznej kontroli jakości środowiska

Intensywny rozwój przemysłu, rolnictwa oraz wzrost liczby ludności na świecie powoduje wzrost emisji zanieczyszczeń do środowiska naturalnego.  Wykorzystywane obecnie techniki laboratoryjne umożliwiają  ocenę skażenia, jednak nie dostarczają informacji o skutkach oddziaływania zanieczyszczeń na organizmy. Wynika to często z braku wiedzy o losach wprowadzonej do środowiska substancji  oraz o jej przemianach. Dlatego uważa się,  że  metody biologiczne  oceny stanu środowiska są nie tylko doskonałym uzupełnieniem metod  chemicznych,  ale w licznych przypadkach są jedynymi metodami monitorowania na podstawie której można scharakteryzować aktualny stan środowiska. Należą do metod czułych, stosunkowo niedrogich i szybkich. W biologicznych metodach kontroli środowiska można wyróżnić  bioanalitykę i biomonitoring. Na rysunku 1 przedstawiono schematycznie zastosowanie  metod biologicznych  w kontroli jakości elementów środowiska [6 ].

 

rys.1 Makuła

Rys. 1 Zastosowanie  metod biologicznych  w kontroli jakości elementów środowiska [1,6 ].

 

            Bioindykacja jest  to informacja z biosystemów pozwalająca na dokonanie oceny całego obszaru środowiska. Bioindykator  z kolei to organizm (lub część organizmu albo zgrupowanie organizmów), zawierający informacje na temat jakości środowiska (lub części  środowiska).  Biomonitor natomiast to organizm (część organizmu, lub zgrupowanie organizmów), który zawiera informację o ilościowych aspektach dotyczących jakości środowiska. Biomonitor jest zawsze bioindykatorem, ale bioindykator niekoniecznie spełnia wymagania stawiane biomonitorowi. Wyróżnia się bioindykację (biomonitoring) aktywny i pasywny.   Bioindykacja aktywna jest wtedy, gdy umieszcza się  w warunkach testowych, wcześniej wyhodowane w laboratorium bioindykatory,  a następnie bada poziom ksenobiotyków w tych organizmach. Bioindykacja pasywna  natomiast,  polega na badaniu organizmów  żyjących naturalnie w warunkach testowych. Biomonitoring, jest to pomiar odpowiedzi organizmów, zwanych bioindykatorami lub biowskaźnikami,  na zmiany zachodzące w środowisku. Zadaniem biomonitoringu jest zebranie informacji  na temat stanu zanieczyszczenia  oraz przewidywanie  skutków zanieczyszczenia. Bioindykatory  można podzielić na dwa rodzaje. Do pierwszej grupy zaliczane są organizmy, które pojawiają się w siedlisku skażonym daną substan­cją i są charakterystyczne dla tego zanieczyszcze­nia. Drugą grupę stanowią gatunki wrażliwe na określony czynnik, które znikają z danego siedliska w   obecności toksycznej substancji.  Bioindykacja i biomonitoring muszą dostarczyć informacji na temat skali skażeń lub degradacji ekosystemów [1, 6,7,8].

            Podczas ekspozycji organizmów na  śladowe ilości mikrozanieczyszczeń, efekt toksyczny często nie jest obserwowany, a metody analizy tradycyjnej mogą  się nie sprawdzić. Może być to wynikiem biotransformacji niektórych substancji chemicznych, zachodzącej po wniknięciu do organizmu. W takich przypadkach poszukuje się metod pośrednich do identyfikacji narażenia. Miernikiem ekspozycji są reakcje  biologiczne np. zmiana aktywności określonych  enzymów, kumulacja zanieczyszczeń w płynach ustrojowych, wydzielinach itp.  Takie wskaźniki narażenia określa się mianem biomarkerów. Biomarkery są określane jako odpowiedź biologiczna  na zanieczyszczenia środowiska obserwowana  na poziomie genetycznym, enzymatycznym, fizjologicznym lub morfologicznym. Parametry te zmieniają się pod wpływem środowiska  (ogólnie) oraz pod wpływem zanieczyszczenia (szczegółowo). W tych przypadkach może dochodzić  do zmian morfologicznych czy histologicznych organizmów, które pojawiają się po ekspozycji na zanieczyszczenie. Istnieje wiele klasyfikacji biomarkerów. Najczęściej dokonuje się podziału na biomarkery narażenia i biomarkery skutków. Zakres biomarkerów jest szeroki i obejmuje biomarkery specyficzne i niespecyficzne. Specyficzne jest wtedy, gdy dana substancja chemiczna oddziałuje na  szlaki metaboliczne (np. hamowanie działania enzymu dehydratazy kwasu aminolewulinowego ( ALAD) przez ołów, tworzenie adduktów DNA i hemoglobiny pod wpływem  WWA), natomiast niespecyficzne - gdy różne zanieczyszczenia wpływają na dany układ organizmu (np. układ immunologiczny)  [7].

 

 

3.1 Bioanalityka

W bioanalityce wykorzystuje się substancje aktywne biologicznie, jako receptory określonych zanieczyszczeń. Ze względu na sposób wykorzystania  składnika biologicznego  wyróżnia się  biosensory ( bioczujniki ) oraz biotesty.  Biosensory  są to narzędzia pomiarowe generujące sygnał w zależności od stężenia danej substancji. Pomiar jest możliwy w wyniku  połączenia selektywnego systemu biologicznego (np. enzym, przeciwciało, membrana, organelle, komórka, tkanka) z fizycznym narzędziem analitycznym (np. elektroda potencjometryczna lub amperometryczna, odbiornik optyczny lub optoelektroniczny). Zaletami biosensorów są wysoka czułość i selektywność, mała podatność na zakłócenia, miniaturowe rozmiary oraz stosunkowo niewysokie koszty analizy. Pomiar z użyciem bioczujnika zwykle nie wymaga pracochłonnego przygotowania próbki, a czujnik biologiczny może być stosowany przez długi okres czasu. W tabeli 3 przedstawiono zastosowanie biosensorów  [ 1 ].

 

Tabela 3. Rodzaje biosensorów i wykrywanych zanieczyszczeń [1].

Sposób detekcji

Wykrywane zanieczyszczenia

 Reakcja enzymatyczna lub   metabolizm mikrobiologiczny

 Pestycydy, azotany III, azotany V, fenole,   naftalen

 Inhibicja enzymatyczna

 Pestycydy, metale ciężkie

 Inhibicja procesu oddychania

 Substancje toksyczne

 Aktywność fotosyntetyczna

 Herbicydy

 Luminescencja bakteryjna

 Toksyczne związki organiczne, metale ciężkie

 Membrany drukowane molekularnie

 Pestycydy

 Immunochemia

 Herbicydy, polichlorowane bifenyle

 

Biotesty, z kolei, to rutynowe procedury toksykologiczno-farmakologiczne, przeprowadzane zazwyczaj w laboratoriach, niekiedy w terenie, w warunkach standardowych. W literaturze spotykane są informacje na temat trzech głównych sposobów przeprowadzania badań z wykorzystaniem biotestów. Są to :

  • laboratoryjne testy toksyczności, w których toksyczny związek jest sztucznie wprowadzany np. do wzorcowego roztworu wodnego. Ten test  może być źródłem informacji na temat toksyczności danej substancji w kontrolowanych warunkach. Wykonywany jest w celu przeprowadzenia wzorcowania biotestu, który następnie zostanie wykorzystany do oszacowania toksyczności próbek rzeczywistych.  
  • laboratoryjne  testy toksyczności prowadzone  na bazie pobranych próbek rzeczywistych (woda, gleba, osady). Toksyczność takich próbek jest porównywana z toksycznością próbek wzorcowych [9]

            Wśród biotestów wyróżnia się testy toksycz­ności ostrej (letalne) i chronicznej (subletalne). Za pomocą testów toksyczności ostrej można określić między innymi zahamowanie  wzrostu u glonów, śmier­telność u bezkręgowców i u ryb. Jeśli  po upływie 96 godzin nie nastąpi śmierć testowanych organizmów w 50 %, wtedy przeprowadza się testy toksyczności przewlekłej w celu oznaczenia zmian fizjologicznych.  Aby dany organizm mógł pełnić rolę efektywnego  biotestu  musi spełniać szereg warunków, takich  jak :

  •  stosunkowo łatwa hodowla w warunkach laboratoryjnych, pozwalająca na pozyskanie dużej ilości osobników
  • duża łatwość izolacji  organizmów ze środowiska,
  •  znajomość  struktury genetycznej organizmu i jego wrażliwości  na substancje toksyczne,
  • wytypowany organizm o wysokiej wrażliwości powinien reprezentować dany gatunek lub gromadę, do której jest zaliczany, a ponadto musi być gatunkiem rodzimym, charakterystycznym dla badanego ekosystemu,
  • organizmy testowe powinny podobnie reagować na dawkę bądź stężenie toksyny w różnych miejscach i przy określonym stopniu ekspozycji na zanieczyszczenia [ 6].
  •  

3.2 Testy bakteryjne

            W  testach bakteryjnych zastosowanie znalazły m in. bakterie morskie  Vibrio Fischeri wykazujące naturalną bioluminescencję. Służą one  do oceny stopnia zanieczyszczenia wód, gleby i osadów dennych. Toksyczność związku oceniana jest na podstawie pomiaru bioluminescencji, którego dokonuje się przed i po inkubacji zawiesiny bakteryjnej z badaną próbką. Podstawą bioluminescencji, czyli emisji światła przez żywe organizmy jest reakcja utleniania związku zwanego lucyferyną przez enzym - lucyferazę. Reakcja przebiega następująco :

FMNH2+ RCHO + O2→ FMN + RCOOH + H2O + hν (490 nm)                          (1)

Lucyferaza łącząc się z kofaktorem  (FMNH2),  przy pomocy tlenu, przekształca aldehyd w kwas tłuszczowy, a sama ulega wzbudzeniu przechodząc na poziom wyższy energetycznie.  W wyniku utleniania powstaje cząsteczka w stanie wzbudzonym czyli oksylucyferyna i   przemiana do stanu podstawowego wiąże się z emisją światła (światło o długości fali 490 nm, zielono-niebieskie). Bioluminescencja bakterii jest ściśle związana z gęstością populacji oraz stanem metabolicznym. Bakterie luminescencyjne emitują światło, gdy znajdują się w optymalnym dla siebie środowisku.  Wtedy  10% energii zużywane jest na świecenie. W obecności związków toksycznych natomiast,  w wyniku zaburzenia procesów fizjologicznych,   luminescencja zanika.  Im wyższy jest stopień toksyczności, tym mniejsza jest ilość światła emitowanego przez bakterie. Zmiany te, są wprost proporcjonalne do względnej bioreaktywności próbki. Punkt końcowy testu określany jest jako wskaźnik EC50. Obecnie bakterie te wykorzystywane są w teście Microtox. Jest on narzędziem ceny toksyczności substancji chemicznych, stopnia zanieczyszczenia wód, osadów dennych i gleb. Może być także stosowany w tzw. skriningu ścieków i odcieków zawierających znaczne ilości związków organicznych i nieorganicznych . Ze względu na szybkość działania i dużą czułość, test jest często stosowany w przypadku analiz złożonych próbek środowiskowych. Inne rodzaje bakterii wykorzystywane w biotestach to Pseudomonas putida czy pałeczka duru brzusznego Salmonella typhimurium [11, 12, 13, 14].

3.3 Testy oparte na wykorzystaniu roślin

            W testach toksyczności  opartych  na  wykorzystaniu  roślin, czyli fitotestach   stosowane są glony  (zielenice,  sinice,  okrzemki),  rzęsa wodna i ukorzenione makrofity (roślina i jej nasiona) wodne i lądowe. Gatunki te  reprezentują  organizmy, które charakteryzują się szczególnym  znaczeniem   dla  swoich  siedlisk  naturalnych.  Wynika to z tego, że  dostarczają  tlen,  zapewniają obieg  substancji  organicznych,  kontrolują  jakość  wody  oraz  równowagę gleby  i  osadów  dennych.  Ponadto zapewniają  pożywienie,  schronienie  i  siedlisko  życia  innym  organizmom takim jak:  bezkręgowce, ryby,  płazy,  ptaki  i  ssaki.   Dlatego zmiany   zachodzące   w   roślinach   mogą   bezpośrednio   wpływać  na   strukturę  i   funkcjonowanie całego ekosystemu. Wśród roślin nasiennych  w fitotestach wykorzystuje się ryż, owies, pszenicę, rzepak, sałatę oraz pieprznicę siewną zwaną potocznie rzeżuchą. Wyróżnia się 11 różnych testów opartych na analizie toksycznego oddziaływania substancji na organizmy roślinne. Rośliny nasienne  powszechnie wykorzystywane są do oceny zanieczyszczenia gleb metalami ciężkimi, pestycydami czy WWA. W przypadku oceny środowiska wodnego, często rośliny były wykorzystywane w monitoringu in situ  również do usuwania zanieczyszczeń takich jak metale ciężkie, azot, fosfor, toksyczne związki organiczne.  Obecnie w fitotestach odchodzi się od wykorzystania roślin nasiennych na rzecz  glonów. Jest to wynikiem dość długiego czasu potrzebnego do wykonania testu. Przy wyborze glonów do biotestów, należy brać  pod uwagę  ich dostępność i łatwość użycia. Najczęściej stosowane są   gatunki  należące  do  rodziny  zielenic. Są to algi Selenastrum capricornutum  oraz Scenedesmus quadricaudaS. subspicatus.  Sinice  i  okrzemki  są rzadziej  stosowane  ze  względu  na  ich  powolny  wzrost i wymagające warunki hodowli.   Badania prowadzone są często z wykorzystaniem urządzenia pomiarowego jakim jest  cytometr przepływowy.   Inną   techniką   przeprowadzania   testów   z   wykorzystaniem   mikroalg   jest   ich   unieruchomienie  na  specjalnym  podłożu  (immobilizacja). [9,15]

3.4 Test  toksyczności oparte na zwierzętach

            Testy toksyczności, w których wykorzystywane są  zwierzęta są najbardziej popularne i przeprowadza się je znacznie częściej niż fitotesty. Znajdują tu zastosowanie   gatunki takie jak równorzęse -Tetrahymena pyriformis,  dżdżownica (Tubifex tubifex, Limnodrilus hoffmeisteri), pijawki, małże blaszkoskrzelne, skorupiaki - rozwielitka (Daphnia magna), pierwotniak (Tetrahymena thermophila), owady, ryby (okoń, flądra, płoć) ssaki ( samica szczura). Spośród bezkręgowców najszerzej omawianymi w literaturze międzynarodowej organizmami testowymi są dafnie. Badania nad nimi prowadzone były już w latach czterdziestych XX wieku. Wykorzystywane są obecnie  w  teście Daphtoxkit F™ magna, w którym wykorzystane jest zjawisko hamowania ruchu  skorupiaków obserwowane po 24 i 48 godzinach inkubacji. Kolejnym testem jest Thamnotoxkit F™ - Toxkit wykorzystujący skorupiaka Thamnocephalus platyurus. Reakcją testową jest śmierć skorupiaków. Test wykonuje się  przy zastosowaniu organizmów świeżo wylęgłych z jaj przetrwalnych. Test ten polecany jest jako tańsza alternatywa dla testu Daphnia magna. Spośród małż wykorzystuje się racicznicę zmienną (Dreissena polymorpha ), która w hodowli szybko się namnaża. Małż ten wykazuje dużą czułość na zmiany stężeń metali ciężkich w wodzie. Reakcja na zanieczyszczenia   jest widoczna gołym okiem, ponieważ pod wpływem nagłych zmian stężeń metali ciężkich szybko zamyka muszlę. Jest on używany na terenach wielu wodociągów w krajach europejskich. Po katastrofie w Czarnobylu organizmy te były również wykorzystywane  do badania globalnego natężenia promieniowania beta i gamma elektrowni jądrowej. Do analizy bioindykacyjnej wykorzystywane są również inne małże, takie jak: Gnathonemus petersc, Apteronatus albifrons, Corbicala fluminea, Scrorbicularia piana. Innym przykładem  zastosowania małż w biotestach   są małże z rodzaju szczeżuja (Anodonta) do hodowli krótkoterminowych prowadzonych w stacjach uzdatniania wody (wodociągach). Organizmy te odżywiają się podczas filtracji wody i reagują na zanieczyszczenia zamykając muszle, gdy w wodzie znajdują się substancje toksyczne. Stałe obserwacje zachowania  małży są jednym z elementów monitorowania jakości wody [9,15]

 

4. Podsumowanie

            Biologiczne metody oceny toksyczności zanieczyszczeń stanowią  uzupełnienie metod chemicznych. Są one źródłem bezpośrednich danych o toksycznym oddziaływaniu związków  chemicznych (zarówno o charakterze ostrym, jak i  przewlekłym)  na wybrany organizm  wskaźnikowy lub populacje.  Dzięki doskonaleniu technik analitycznych  i wykorzystaniu nowych organizmów testowych, w ostatnim czasie, metody znajdują coraz szersze  zastosowanie w badaniach jakości środowiska.  Wynika to z faktu, że są szybsze,  tańsze w porównaniu z metodami chemicznymi  oraz, co jest  niezwykle istotne, nie generują  substancji ubocznych, ponieważ nie wymagają zastosowania dodatkowych substancji chemicznych.  Dlatego obszar  zastosowania  biotestów  będzie  coraz  większy,  a  uzyskane  w  ten  sposób  informacje  będą  stanowiły  podstawę  do  podjęcia  badań  z  wykorzystaniem konwencjonalnych metod analitycznych.

 

Literatura

[1] Traczewska M. T, Biologiczne metody oceny skażenia środowiska, Oficyna wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2011

 [2] Seńczuk W, Toksykologia Współczesna, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2005

[3]  http://www.chemia.uni.lodz.pl/kchogin/dydaktyka/toksykologia/pdf/2013/T1.pdf

[4]www.en.umed.wroc.pl/sites/default/files/struktura/farmacja/farmakologia/... pdf

[5] www.uwm.edu.pl/wksir/zmetkli/dokumenty/t27.doc

[6] Tatuśko N, Jakubus B, M,  Przegląd wybranych  biologicznych metod oceny stanu środowiska naturalnego, Inżynieria Ekologiczna, 42, 2015, 78-86

[7] Walker C.H, Hopkin S.P, Sibly R.M, Peakall D.B, Podstawy ekotoksykologii, Wydawnictwo naukowe  PWN, Warszawa 2002

[8] Markert B, Simone W, Diatta J, Chudzińska E, Innowacyjna obserwacja  środowiska- Bioindykatory  i Biomonitoring: Definicje, Strategie  i Zastosowania, Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych,  53, 2012 15-145

[9]  Kuczyńska A., Wolska L., Namieślnik J., Zastosowanie biotestów w badaniach środowiskowych, Politechnika Gdańska,32, 2007, 669-695.

[10] ww.pg.gda.pl/chem/CEEAM/Dokumenty/CEEAM_ksiazka_polska/Rozdzialy/rozdzial_0 01.pdf10]

[11]http://www.eko-dok.pl/2013/61.pdf

[12]http://www.ietu.katowice.pl/Projekty_badaw/Projekty_UE/Interreg/COHIBA/23_09/COHIBA%20_BIOTESTY_POP.pdf

[13] http://www.pzits.not.pl/docs/ksiazki/Odra_2010/Pasternak%20231-238.pdf

[14] Wilk P, Szalińska E, Microtox jako narzędzie do oceny toksyczności osadów dennych, Czasopismo Techniczne, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, 6, 2011,

[15] Krzemińska A, Testy ekotoksykologiczne czyli nowe trendy w monitoringu jakości wód  powierzchniowych i podziemnych. Nadgorliwość, czy konieczność, Gospodarka Wodna,1 , 2004, 19-24

 

*Katedra Chemii, Technologii Wody i Ścieków

Wydział Infrastruktury i Środowiska

Politechnika Częstochowska

email:jolanta.kozak@poczta.onet.pl; mwm@is.pcz.czest.pl