Химикаты улучшили качество нашей жизни. Но в то же время они представляют немалую опасность для человека и окружающей среды: пестициды, фармацевтические препараты и пластификаторы попадают в окружающую среду и пищевую цепочку, вызывая помимо желаемых нежелательные эффекты. Несмотря на действующее законодательство, оценка и мониторинг рисков остаются недостаточными.
Это связано, среди прочего, с текущим подходом к оценке потенциальной опасности химических веществ, основанным на относительно небольшом количестве отдельных компонентов. Сегодня все больше людей осознают тот факт, что люди и окружающая среда подвергаются воздействию коктейля из десятков тысяч химических веществ. На сегодняшний день идентифицирована лишь часть этих химических веществ; влияние на биологические системы и роль отдельных химических веществ и продуктов разложения в коктейле остаются в значительной степени неясными. В то же время количество зарегистрированных новых химических веществ стремительно растет: с 20 млн до 156 млн в период с 2002 по 2019 год. Все это затрудняет выявление причинно-следственных связей и требует новых теоретических моделей и методологических подходов.
По этой причине в обзоре, подготовленном группой авторов под руководством профессора Беате Эшер из UFZ, представлен обзор технологий, подходящих для идентификации химических веществ в сложных смесях и регистрации их эффектов. Далее они оценивают свой потенциал и ограничения.
В публикации уточняется, что речь идет не только об аналитических методах - успех аналитических процедур также зависит от того, «какие» пробы взяты и «как» они обработаны. Использование одних и тех же подходов для разных типов образцов - от воды и почвы до крови или ткани - позволяет позже сравнивать результаты. Салфетки или силиконовые браслеты, среди прочего, подчеркиваются как особенно инновационные в их способности фиксировать личное воздействие загрязняющих веществ на человека.
Возможности, предоставляемые химическим анализом, значительно улучшились благодаря росту, развитию и доступности масс-спектрометрии высокого разрешения (HR-MS). Часто в сочетании с другими технологиями HR-MS может обнаруживать десятки тысяч сигналов в биологических образцах и образцах из окружающей среды. Он также служит основой для «скрининга подозрительных веществ» для выявления неизвестных химических веществ в сложных смесях. «Это позволяет нам, среди прочего, обнаруживать новые проблемные загрязнители в окружающей среде», - говорит Беата Эшер.«Но он никогда не сможет уловить каждое отдельное вещество. Даже вещества, присутствующие ниже предела инструментального обнаружения или ниже порога воздействия, могут способствовать риску».
Группа исследователей поэтому рекомендует дополнять процедуры химического анализа биоаналитическими инструментами, которые специально способны улавливать эффекты смеси при оценке токсичности сточных вод и отложений. Традиционно для этой цели использовались биоанализы всего организма in vivo, но такие биоанализы, помимо других недостатков, страдали ограниченной пропускной способностью образцов. Развитие клеточных биоанализов in vitro открыло дополнительные возможности, которые не только снижают потребность в тестировании на животных, но и позволяют использовать высокопроизводительную робототехнику. «Применение высокопроизводительных анализов in vitro для оценки экологического риска смесей и сложных проб окружающей среды только зарождается, но имеет большой потенциал», - убежденно говорит Беата Эшер.
Дополнение масс-спектрометрии высокого разрешения биоаналитическими инструментами позволяет собирать информацию о воздействии всех химических веществ в образце. Профессор Эшер считает, что сочетание этих двух инструментов может революционизировать мониторинг окружающей среды. Это одна из причин, по которой в UFZ была создана технологическая платформа CITEPro (Chemicals in the Environment Profiler). Эта платформа позволяет готовить и тестировать образцы с помощью высокопроизводительных аналитических и биоаналитических процедур. Но CITEPro - это больше, чем просто аппаратное обеспечение. Это концепция, предназначенная для характеристики экспозомы, другими словами, для охвата всех воздействий окружающей среды, которым подвергается человек в течение своей жизни. Сюда входят внешние факторы (химические вещества в воздухе, воде или пищевых продуктах) и внутренние химические вещества, вырабатываемые организмом в ответ на различные стрессоры.
Вывод
Количество химических веществ, идентифицированных в пробах окружающей среды с помощью сложного инструментального анализа, неуклонно растет. За последние годы были разработаны более совершенные инструменты для исследования их комбинированных эффектов и механизмов токсичности. Тем не менее, остается трудным выяснить причины химического стресса в окружающей среде. Связь между окружающей средой, дикой природой и человеком может быть установлена только путем применения комплексного подхода к мониторингу и оценке.
Отслеживание химических веществ и продуктов их преобразования в окружающей среде и в нашем организме является огромной (био)аналитической задачей: отбор проб, извлечение, химическое обнаружение и анализ данных должны быть точно согласованы друг с другом для получения достоверной информации..
Количественная оценка эффектов смеси - один из способов охватить все присутствующие химические вещества и продукты их биоактивного преобразования. Очевидная актуальность смесей и тот факт, что в окружающей среде и в наших телах присутствуют тысячи химических веществ, означает, что необходимо срочно изменить существующую парадигму регулирования в сторону эффектов смесей.