Name: Die Verwendung einer Batterie von chemischen und ökotoxikologischen Methoden zur Beurteilung der Wirksamkeit von Abwasserbehandlungsprozesse zu entfernen Estrogenic Potency (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-09-11T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 49 s
Description: Erfahren Sie, wie chemische und ökotoxikologische Methoden die Wirksamkeit von Abwasserbehandlungsverfahren zur Entfernung östrogenaktiver Schadstoffe bewerten. Diese Techniken schützen aquatische Ökosysteme.

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Die in diesem Artikel vorgestellten Projekte wurden von Severn Trent Water und der Brunel University London finanziert. Die Autoren danken Alan Henshaw und John Churchley für die Unterstützung vor Ort und im Labor. T.J.C. dankt der Heinz-Stiftung für die Unterstützung. M.R.M. dankt dem Steinbrenner Institute für ein Steinbrenner Doctoral Fellowship und der Carnegie Mellon University für ein Presidential Fellowship.

<ol><li>Bergman, Å, Heindel, J., Jobling, S., Kidd, K., Zoeller, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((State-of-the-science+of+endocrine+disrupting+chemicals%5BTitle%5D)+AND+%22Toxicol.+Lett%22%5BJournal%5D)">State-of-the-science of endocrine disrupting chemicals.</a> Toxicol. Lett. 211, (2012).</li>
<li>Rodgers-Gray, T. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exposure+of+juvenile+roach+%28Rutilus+rutilus%29+to+treated+sewage+effluent+induces+dose-dependent+and+persistent+disruption+in+gonadal+duct+development%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Exposure of juvenile roach (Rutilus rutilus) to treated sewage effluent induces dose-dependent and persistent disruption in gonadal duct development.</a> Environ. Sci. Technol. 35 (3), 462-470 (2001).</li>
<li>Jobling, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Altered+sexual+maturation+and+gamete+production+in+wild+roach+%28Rutilus+rutilus%29+living+in+rivers+that+receive+treated+sewage+effluents%5BTitle%5D)+AND+%22Biol.+reprod%22%5BJournal%5D)">Altered sexual maturation and gamete production in wild roach (Rutilus rutilus) living in rivers that receive treated sewage effluents.</a> Biol. reprod. 66 (2), 272-281 (2002).</li>
<li>Tyler, C. R., Der Eerden, B. V. an, Jobling, S., Panter, G., Sumpter, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+vitellogenin%2C+a+biomarker+for+exposure+to+oestrogenic+chemicals%2C+in+a+wide+variety+of+cyprinid+fish%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Comp.+Physiol.+B%2C+Biochem.+Syst.+Environ.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Measurement of vitellogenin, a biomarker for exposure to oestrogenic chemicals, in a wide variety of cyprinid fish.</a> J. Comp. Physiol. B, Biochem. Syst. Environ. Physiol. 166 (7), 418-426 (1996).</li>
<li>Jobling, S., Nolan, M., Tyler, C. R., Brighty, G., Sumpter, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Widespread+sexual+disruption+in+wild+fish%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Widespread sexual disruption in wild fish.</a> Environ. Sci. Technol. 32 (17), 2498-2506 (1998).</li>
<li>Jobling, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Predicted+exposures+to+steroid+estrogens+in+U.K.+rivers+correlate+with+widespread+sexual+disruption+in+wild+fish+populations%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Health+Perspect%22%5BJournal%5D)">Predicted exposures to steroid estrogens in U.K. rivers correlate with widespread sexual disruption in wild fish populations.</a> Environ. Health Perspect. 114, Suppl 1. 32-39 (2006).</li>
<li>Baynes, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Additional+treatment+of+wastewater+reduces+endocrine+disruption+in+wild+fish+-+a+comparative+study+of+tertiary+and+advanced+treatments%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Additional treatment of wastewater reduces endocrine disruption in wild fish - a comparative study of tertiary and advanced treatments.</a> Environ. Sci. Technol. 46 (10), 5565-5573 (2012).</li>
<li>Routledge, E. J., Sumpter, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estrogenic+activity+of+surfactants+and+some+of+their+degradation+products+assessed+using+a+recombinant+yeast+screen%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Toxicol.+Chem%22%5BJournal%5D)">Estrogenic activity of surfactants and some of their degradation products assessed using a recombinant yeast screen.</a> Environ. Toxicol. Chem. 15 (3), 241-248 (1996).</li>
<li>Grover, D. P., Balaam, J., Pacitto, S., Readman, J. W., White, S., Zhou, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Endocrine+disrupting+activities+in+sewage+effluent+and+river+water+determined+by+chemical+analysis+and+in+vitro+assay+in+the+context+of+granular+activated+carbon+upgrade%5BTitle%5D)+AND+%22Chemosphere%22%5BJournal%5D)">Endocrine disrupting activities in sewage effluent and river water determined by chemical analysis and in vitro assay in the context of granular activated carbon upgrade.</a> Chemosphere. 84 (10), 1512-1520 (2011).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22The+determination+of+steroid+oestrogens+in+waters+using+chromatography+and+mass+spectrometry+%282008%29+Methods+for+the+Examination+of+Waters+and+Associated+Materials%22">The determination of steroid oestrogens in waters using chromatography and mass spectrometry (2008) Methods for the Examination of Waters and Associated Materials</a>. (2008), Environment Agency. Bristol, UK. (2008).</li>
<li>Van den Belt, K., Berckmans, P., Vangenechten, C., Verheyen, R., Witters, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparative+study+on+the+in+vitro%2Fin+vivo+estrogenic+potencies+of+17beta-estradiol%2C+estrone%2C+17alpha-ethynylestradiol+and+of+17beta-estradiol%2C+estrone%2C+17alpha-ethynylestradiol+and+nonylphenol%5BTitle%5D)+AND+%22Aquat.+toxicol%22%5BJournal%5D)">Comparative study on the in vitro/in vivo estrogenic potencies of 17beta-estradiol, estrone, 17alpha-ethynylestradiol and of 17beta-estradiol, estrone, 17alpha-ethynylestradiol and nonylphenol.</a> Aquat. toxicol. 66 (2), 183-195 (2004).</li>
<li>Mills, M. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Removal+of+ecotoxicity+of+17%CE%B1-ethinylestradiol+using+TAML%2Fperoxide+water+treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">Removal of ecotoxicity of 17α-ethinylestradiol using TAML/peroxide water treatment.</a> Sci. Rep. 5, 10511(2015).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22EN+14962%3A2006+Water+quality+-+Guidance+on+the+scope+and+selection+of+fish+sampling+methods%22">EN 14962:2006 Water quality - Guidance on the scope and selection of fish sampling methods</a>. , British Standards Institute. London, UK. (2006).</li>
<li>Beresford, N., Brian, J. V., Runnalls, T. J., Sumpter, J. P., Jobling, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estrogenic+activity+of+tropical+fish+food+can+alter+baseline+vitellogenin+concentrations+in+male+fathead+minnow+%28Pimephales+promelas%29%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Toxicol.+Chem%22%5BJournal%5D)">Estrogenic activity of tropical fish food can alter baseline vitellogenin concentrations in male fathead minnow (Pimephales promelas).</a> Environ. Toxicol. Chem. 30 (5), 1139-1145 (2011).</li>
<li>Nolan, M., Jobling, S., Brighty, G., Sumpter, J. P., Tyler, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+histological+description+of+intersexuality+in+the+roach%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fish+Biol%22%5BJournal%5D)">A histological description of intersexuality in the roach.</a> J. Fish Biol. 58 (1), 160-176 (2001).</li>
<li>Dascenzo, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fate+of+natural+estrogen+conjugates+in+municipal+sewage+transport+and+treatment+facilities%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Total+Environ%22%5BJournal%5D)">Fate of natural estrogen conjugates in municipal sewage transport and treatment facilities.</a> Sci. Total Environ. 302 (1-3), 199-209 (2003).</li>
<li>Gomes, R. L., Birkett, J. W., Scrimshaw, M. D., Lester, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+determination+of+natural+and+synthetic+steroid+estrogens+and+their+conjugates+in+aqueous+matrices+by+liquid+chromatography%2Fmass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Environ.+Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Simultaneous determination of natural and synthetic steroid estrogens and their conjugates in aqueous matrices by liquid chromatography/mass spectrometry.</a> Int. J. Environ. Anal. Chem. 85 (1), 1-14 (2005).</li>
<li>Metcalfe, C. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estrogenic+potency+of+chemicals+detected+in+sewage+treatment+plant+effluents+as+determined+by+in+vivo+assays+with+Japanese+medaka+%28Oryzias+latipes%29%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Toxicol.+Chem%22%5BJournal%5D)">Estrogenic potency of chemicals detected in sewage treatment plant effluents as determined by in vivo assays with Japanese medaka (Oryzias latipes).</a> Environ. Toxicol. Chem. 20 (2), 297-308 (2001).</li>
<li>Stalter, D., Magdeburg, A., Wagner, M., Oehlmann, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ozonation+and+activated+carbon+treatment+of+sewage+effluents%3A+Removal+of+endocrine+activity+and+cytotoxicity%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Res%22%5BJournal%5D)">Ozonation and activated carbon treatment of sewage effluents: Removal of endocrine activity and cytotoxicity.</a> Water Res. 45 (3), 1015-1024 (2011).</li>
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<li>Kolle, S. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+house+validation+of+recombinant+yeast+estrogen+and+androgen+receptor+agonist+and+antagonist+screening+assays%5BTitle%5D)+AND+%22Toxicol+in+Vitro%22%5BJournal%5D)">In house validation of recombinant yeast estrogen and androgen receptor agonist and antagonist screening assays.</a> Toxicol in Vitro. 24 (7), 2030-2040 (2010).</li>
<li>Lee, O., Tyler, C. R., Kudoh, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+transient+expression+assay+for+detecting+environmental+oestrogens+in+zebrafish+and+medaka+embryos%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">Development of a transient expression assay for detecting environmental oestrogens in zebrafish and medaka embryos.</a> BMC Biotechnology. 12, 32(2012).</li>
<li>Brian, J. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accurate+prediction+of+the+response+of+freshwater+fish+to+a+mixture+of+estrogenic+chemicals%5BTitle%5D)+AND+%22Environ+Health+Perspect%22%5BJournal%5D)">Accurate prediction of the response of freshwater fish to a mixture of estrogenic chemicals.</a> Environ Health Perspect. 113 (6), 721-728 (2005).</li>
<li>Test No 229: Fish Short Term Reproduction Assay. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22OECD+Guidelines+for+the+Testing+of+Chemicals%2C+Section+2%22">OECD Guidelines for the Testing of Chemicals, Section 2</a>. , OECD Publishing. Paris. (2009).</li>
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</ol>

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Kläranlagen sind die Hauptroute von Oberflächenwasser kontaminiert mit EDC. Eine Bewertung der Wirksamkeit der Entfernung von endokrinen Aktivität von herkömmlichen, fortgeschrittenen oder neuen Behandlungsverfahren erfordert die Verwendung einer Vielzahl von chemischen und biologischen Assays. Die chemische Analyse unter Verwendung von nicht-zielgerichtete und gezielte Analyse liefert qualitative oder quantitative Daten über die Wirksamkeit der Entfernung der einzelnen Komponenten und erlaubt somit eine Beurteilung gegen Umweltqualitätsnormen getroffen werden oder vorhergesagt keine Wirkung Konzentrationen für die Verbindungen oder Mischungen von Verbindungen analysiert. Die Erzeugung von Umwandlungsprodukten aus der unvollständigen Mineralisation von Stoffen allein nach der Behandlung und das Vorhandensein von unbekannten biologisch aktiven Komponenten im Abwasser begrenzt die Nützlichkeit von chemischen Tests. Eine Kombination von in vivo und in vitro Bioassays in Kombination mit analytischen Chemikerry-Screening stellt ein nützliches Tool-Box von den Schwellenabwasserbehandlungsverfahren, die Wirksamkeit von EDC Entfernung zu bestimmen. Diese Tests, wenn neben der traditionellen Wasserqualitätsparameter durchgeführt und andere toxikologische und mikrobiologische Endpunkte ermöglichen, eine kritische Bewertung der aktuellen und neuen Abwasserbehandlungstechnologien. Es ist wichtig , dass Hefe basiert Östrogen Bildschirme (beispielsweise YES) sind nicht die einzige in vitro - Assays zur Bestimmung östrogene Potenz von Chemikalien und Abwässern zu beachten. Eine Anzahl von stabil transfizierten Säugerzelle basierenden Assays wurden auch entwickelt, beispielsweise die ER-CALUX 27 und hER &amp; agr;-HeLa-9903 28 mit menschlichen Brustkrebszellen oder zervikalen Tumorzellen sind. Die JA hat auf ähnliche Säugetierzelle basierte Assays verglichen worden und wurde eine vergleichbare hohe Reproduzierbarkeit, richtig positiv und negativ wahr östrogene Erkennungsraten 29, altho gefunden zu habenigitt wird es manchmal als etwas weniger empfindlich 27 zu sein. Ein Vorteil von Hefe-basierten Reporter-Assays ist, dass in den Labors ohne große Erfahrung mit Säugetier-Zellkultur kann die JA leichter angenommen werden, da es erfordert weniger strengen Bio-Kontrollmaßnahmen und sterile Techniken (JA kann auf der Tischplatte bei Bedarf durchgeführt werden) . Die menschlichen Zellen basierenden Assays erfordern auch CO 2 Inkubatoren und Luminometer im Vergleich zu den Standard - Inkubator und Mikroplatten - Reader in der YES verwendet. Zwei Hefe basiert Östrogen Reporter - Assays (JA, Saccharomyces cerevisiae und A-YES, Arxula adeninivorans) sind derzeit in der Interlabor - Trails für die Validierung von ISO 19040 &quot;Wasserbeschaffenheit - Bestimmung des östrogene Potential von Wasser und Abwasser&quot; Hervorhebung der Industrie Interesse an dieser Techniken. Es gibt eine Reihe von Einschränkungen der Verfahren beschrieben, die die potentielle Kontamination umfassenvon Proben während der Probenahme, Probenlagerung und Analysen mit östrogene Substanzen aus dem Feld oder im Labor Umwelt oder durch menschliche Verschmutzung Ursprung (zB Weichmacher, Tenside, Körperpflegeprodukte). Diese Art der Kontamination in der JA-Assays (oder anderen zellbasierten Reporterassays) den Hintergrund erhöhen, und die Verwendung des Assays beeinflussen. Die Wasserproben oder in Plastikflaschen aufbewahrt Lösungsmittel können leicht Fehlalarme verursachen. Falsch negativ sind auch von Belang, da beide LCMS / MS und die YES-Test SPE erfordern Östrogene zu nachweisbaren Mengen zu konzentrieren. Die Matrix, die Wahl der SPE Sorbens und Elutionslösungsmittel kann die Extraktionseffizienz beeinflussen, und die Arten von Verbindungen eluiert. Mit C18 SPE-Kartuschen für die Extraktion unter Verwendung der in diesem Protokoll beschriebenen Bedingungen kann eine negative Vorspannung erzeugen, wie stark polare und basischen Verbindungen würden schlecht vom Sorbens zurückgehalten werden. Darüber hinaus erfordert dieses Protokoll Rekonstitution des eluierten JA Eluent aus methanol durch Verdampfung zu Ethanol funder Stickstoff in dem Verlust von flüchtigen Verbindungen ergeb zur Trockne ein. Als Ergebnis konnte das Protokoll östrogene Aktivität der getesteten Proben unterschätzt bieten. Diese Einschränkungen sind besonders wichtig, wenn die YES-Test als unbekannte oder unerwartete Verbindungen unter Berücksichtigung könnte verpasst werden, weil sie nicht extrahiert wurden, oder sie werden durch Verdunstung verloren. Außerdem macht die LCMS / MS-Technik Verwendung von markierten internen Standards für die Wiederherstellung zu korrigieren; Dieser Ansatz kann nicht mit dem YES-Assay verwendet werden. Wesentliche Einschränkungen in - vivo - Tests von Abwässern sind hohe Kosten und die Zeit für die Bewertung erforderlich im Vergleich zu In - vitro - Methoden. Derzeit ist die Verwendung von Fischembryotests östrogene Aktivität zu erkennen ist begrenzt. Jedoch hat es einige Erfolg mit Östrogen reagierende transgenen Herstellung glühenden Fischembryonen 30, die zukünftige Anwendungen haben könnte. Elritze (in diesem Protoc verwendetol) sind ein gemeinsames Labortieren und dem VTG - Induktion in männlichen Fischen ist eine gut dokumentierte Bio-Marker von östrogene Exposition und ein quantifizierbares Maß für Abwasser anfällt , östrogene 22 oder andere östrogene Verbindungen oder Mischungen 31. OECD - Prüfrichtlinien für endokrin wirksame Substanzen wurden mit adulten Dickkopfelritze, japanischen Medaka und Zebrabärbling 32,33 validiert, mit VTG ein empfindlicher Biomarker von Östrogen Exposition in allen drei Arten erfolgen soll. Allerdings ist die VTG Induktion nicht direkt an Fortpflanzungsschäden korrelieren und damit die ökologischen Folgen von Abwasserrisiko, da in stark intersex Rotauge 3 zu sehen. Auf der anderen Seite, Rotaugen sind kein klassisches &quot;Labortieren&quot; für die ökotoxikologischen Forschung aufgrund ihrer großen Größe, lange Generationszeit, reproduktive Stil (2-3 Jahre die Geschlechtsreife zu erreichen); Gruppe Laich (Zucht) findet einmal im Jahr, und die Schwierigkeit, Männer von Frauen (andere zu identifizieren, als währenddie Laichzeit). Doch diese normalerweise gonochoristic Spezies sehr gut ist in Großbritannien aufgrund der Entdeckung , dass hinter östrogene Abwässern, männlichen Fische Störungen ihrer Endokrinologie zeigten studiert (zB Anwesenheit von spezifisch weiblichen vitellogenin im Blut) und Histopathologie (Ovotestes - Eier in den Hoden und / oder weiblichen Fortpflanzungskanälen) 5,6 entwickeln. Daher ist, wie eine zukünftige Anwendung dieser Protokolle, Rotauge (oder ähnliche Arten) könnte eine nützliche Wild Sentinel-Arten zu zeigen, wenn reale Verbesserungen der Abwasserqualität (und reduzierte östrogene) in Flüssen gesehen fortgeschritten behandelt Abwässer zu empfangen. Sie können auch in Ende von Rohrsystemen eingesetzt werden technologisch verbesserten Abströme aus Pflanzen Pilotmaßstab 7 zu überwachen. Wenn die Arten unter Berücksichtigung dort zu verwenden , bei in vivo Abwasser Assessments ist ein Kompromiss zwischen relativ schnell und Tests mit Labortieren im Vergleich zu den gesteuertenmehr Feld basiert, aber umweltrelevanten, Tests mit einheimischen Arten. Jedoch sind solche in vivo Beurteilungen hohen Kosten und sollten nur als letzte Satz von Tests in Betracht gezogen werden nachstehenden Bewertungen chemische Analyse unter Verwendung von und in vitro - Assays. Kritische Schritte im Rahmen der beschriebenen Protokolle umfassen die Herstellung und Handhabung von Proben und Glaswaren (dh Flaschen und Probenahmegeräte sollten mit geeigneten oberflächenaktiven Reinigungsmittel vorbehandelt werden) Kontamination der Proben von Umweltverunreinigungen zu vermeiden , einschließlich Grenzkontakt von Proben mit Kunststoffen und andere Materialien, die Fehlalarme produzieren kann. Dies ist ebenso wichtig bei der Gestaltung und dem Aufbau Aquarien und Fischbelichtungssysteme. Idealerweise Aquarien (Wohnungsbestände und bei Aufnahmen) sollten aus Materialien mit geringer Adsorption 32 mit minimalem Kontaminationsrisiko gebaut werden. Edelstahl kann für Abwasser oder Wasserhaltetanks verwendet werden.Während Tanks einer Glaskonstruktion für Aquarien bevorzugt werden (da dies auch eine einfache Beobachtung der Fische). Die Verwendung von minderwertigen Kunststoffrohre oder Schläuche sollten 32, 34 und ABS PVC kann , wenn &quot;richtig gewürzt &#39;verwendet werden , vermieden werden, dh nach links alle Verunreinigungen auszuwaschen in Laufverdünnungswasser für mindestens 12 Stunden vor der Verwendung. Medical Grade Silikonschlauch wurde für peristaltische Pumpe Lieferung von Chemikalien und Abwasser / Verdünnungswasser zu Tanks erfolgreich in unserer Einrichtung beschäftigt. Sowie östrogene Kontamination in Bau und angesichts des Schwimmsystem ausgeführt wird, ist es auch wichtig, über die Nahrung der Fische zu denken; viele Anstand Fischfutter haben sich als östrogene zu Fisch. Deshalb ist es wichtig , alle Lebensmittel , die für Aktivität zu testen (beispielsweise in dem Yeast Estrogen Bildschirm finden Beresford et al. 14) , bevor sie in diesen Arten von Studien verwenden. Fehlerbehebungder chemischen Analyse oder JA Testprotokolle vereinfacht beschrieben wird, wenn die Qualitätssicherung Proben mehrere Reise einschließlich, Labor-und Lösungsmittel-Rohlinge werden neben positiven Kontrollen und realen Proben zu eliminieren falsch positive und falsch negative Ergebnisse analysiert. Positive (zB EE2) und negativen (Verdünnungswasser) Kontrolle sollte auch immer in den in - vivo - Assays verwendet werden , die Empfindlichkeit der erwarteten biologischen Biomarker zu bestätigen oder Endpunkt (dh VTG oder Histopathologie) und erlauben unerwartete Verunreinigung festgestellt werden ( zum Beispiel von Versuchsaufbau, Diät oder Verdünnungswasser). Alle Änderungen im Protokoll sollte die Durchführung jede Studie vor validiert werden. Mit strengeren Regulierung der östrogene Verbindungen, die die Umwelt über Abwässer der Kläranlage Eingabe ist es ins Auge fassen, dass eine effizientere Abwasserbehandlungstechnologien werden entwickelt werden müssen. Die Batterie von Tests in diesem Manuskript beschrieben Kompliment an dieökotoxikologische und chemische Tests zur Beurteilung normalerweise Kläranlage Abwassereinleitungen angewendet. Daher sollte die künftige Anwendung dieser Art von ganzheitlicher Batterie von Testabwassertechnik-Entwicklern ermöglichen, und Anlagenbetreiber, die ökologisch sicheren Designs zu implementieren, um die besten Methoden unter Berücksichtigung sowohl spezifisch geregelt östrogene Chemikalien und die allgemeine biologische Aktivität zu entfernen.

Bedenken in Bezug auf die negativen Auswirkungen der endokrinen Verbindungen auf die Tierwelt der reproduktiven Gesundheit hat die Europäische Union führte zwei östrogene Substanzen zu platzieren (Estradiol und Ethinylestradiol) auf eine &quot;Watchlist&quot; im Rahmen der Wasserrahmenrichtlinie (WRRL). EDC eine Vielzahl von chemischen Klassen umfassen, einschließlich natürlicher und synthetischer Steroidöstrogene, Medikamente, Pestizide und Industriechemikalien und Bestandteile von Konsumgütern mit bekannten negativen Auswirkungen auf die Tierwelt. Einige dieser Verbindungen können möglicherweise die menschliche Gesundheit auswirken 1. Die Forschung hat gezeigt , dass die Abwässer aus Kläranlagen sind östrogene 2 zu fischen , und als Folge viele Vorfluter sind auch Östrogene zu Fisch 3. Dies wurde zum ersten Mal im Vereinigten Königreich durch nationale Erhebungen zeigten , dass erhöhte Konzentrationen vitellogenin zeigte (eine weibliche spezifischen Dotterproteinvorläufer 4) im Blut von wilden männlichen Fischen und einem hohen PreWertigkeit von Intersex in der Regel gonochoristic Fischarten 5,6 (Eier und / oder weiblichen Fortpflanzungskanäle in den Hoden von männlichen Fischen zu entwickeln). Konventionelle Abwasserbehandlung ist in der Regel ein dreistufiger Prozess einer Vorprüfung durch primäre und sekundäre Behandlung gefolgt besteht, die beide gelöst entnimmt und organischen Stoffen ausgesetzt. Die Wirksamkeit der Entfernung einzelner EDC ist abhängig von den physikalisch-chemischen Eigenschaften der Substanzen und auf die Wirksamkeit des angewendeten Behandlungsverfahren. Für viele EDC Entfernung durch Adsorption und biologischen Abbau kann signifikant, aber unvollständig. Tertiäre Behandlung, wie Sandfiltration, kann auf eine Erhöhung EDC Entfernung 7 während erweiterte Behandlung mit Advanced Oxidation (zum Beispiel Ozon) oder Aktivkohle wirksam sein kann bei der Erreichung nahezu vollständige Entfernung 7 wirksam. Die Beurteilung einer neuen Technologie für die Abwasserbehandlung needs die Wirksamkeit des vorgeschlagenen Verfahrens in EDC Entfernung zu bestimmen. Eine Batterie von Tests, einschließlich gezielte chemische Analyse neben Ökotoxikologie Tests, unter Verwendung von in vivo und in vitro Biotests, liefert umfassende Daten für diesen Zweck. Obwohl sehr nützlich für regulatorische Zwecke, können gezielte chemische Analyse liefern nur Daten über die Verbindungen (und spezifische Metaboliten) überwacht. Biotests erlauben zusätzlich die &quot;Erkennung&quot; von schädlichen Wirkungen von Metaboliten und behandlungsAbwasser Umwandlung von Nebenprodukten , die sonst 8,9 unentdeckt bleiben würden. Dieses Papier beschreibt die Verwendung einer Batterie von chemischen und Ökotoxizität Labor-Tests die Wirksamkeit einer Reihe von neuen und fortgeschrittenen Abwasserbehandlungsverfahren bei der Entfernung der östrogene Potenz von rohem und gereinigtem Abwasser und Vorfluter zu beurteilen.

<table><tbody><tr><td>Wellwash Versa Tellerwaschmaschine</td><td>Thermo Scientific</td><td>5165010</td><td></td></tr><tr><td>Plattenleser</td><td>Molekulare Geräte</td><td>SpectraMax 340PC</td><td></td></tr><tr><td>Inkubator</td><td>Memmert</td><td>INB 400</td><td>37 &#176; C-Inkubation für Karpfen-Assay erforderlich</td></tr><tr><td>Fisherbrand Wirbelmischer</td><td>Fisher Scientific</td><td>13214789</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Icemaker Scotsman</td><td>AF80</td><td></td></tr><tr><td>12-Kanal F1 digitale Mehrkanalpipette</td><td>Thermo Scientific Finnpipette</td><td>4661070</td><td></td></tr><tr><td>ELISA Kits</td><td>Biosense Laboratories</td><td>V01018401-096 (Fathead Minnow) V01003402-096 (Karpfen)</td><td></td></tr><tr><td>Mikrofuge-Röhrchen, 0,5 ml</td><td>Alpha Labs</td><td>LW2372</td><td></td></tr><tr><td>Mikrofuge-Röhrchen, 1,5 ml</td><td>Alpha Labs</td><td>LW2375</td><td></td></tr><tr><td>Schwefelsäure, 95-98%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>258105</td><td></td></tr><tr><td>HistologyTissue-Prozessor</td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td></td><td>Leica Biosystems</td><td>TP1020</td><td></td></tr><tr><td>Wachsspender</td><td>Thermo Scientific Raymond Lamb</td><td>E66HC</td><td></td></tr><tr><td>Einbettungsform aus Metall</td><td>Leica Biosystems</td><td>Verschiedenes</td><td></td></tr><tr><td>Heizplatte</td><td>Thermo Scientific Shandon</td><td>3120063</td><td></td></tr><tr><td>Kühlplatte (EG1150 C)</td><td>Leica Biosystems</td><td>14038838037</td><td></td></tr><tr><td>Beheizte Pinzette (EG F)</td><td>Leica Biosystems</td><td>14038835824</td><td></td></tr><tr><td>Mikrotom</td><td>Leica Biosystems</td><td>RM2235</td><td></td></tr><tr><td>Paraffinsektion Flotation & Bad</td><td>Elektrothermisch</td><td>MH8517</td><td></td></tr><tr><td>Objektträger-Trockenbank</td><td>Elektrothermisch</td><td>MH6616</td><td></td></tr><tr><td>Stainmate automatisierter Färbeer</td><td>Thermo Scientific Shandon</td><td>E103/S10L</td><td></td></tr><tr><td>Kassetten, Histosette II, Biopsie</td><td>Simport</td><td>M493</td><td></td></tr><tr><td>Paraffinwachs</td><td>Thermo Scientific Raymond Lamm</td><td>W1</td><td></td></tr><tr><td>Histo-Clear II</td><td>National Diagnostics</td><td>HS-202</td><td></td></tr><tr><td>IMS (Ethanol-Mix), IDA99</td><td>Tennants</td><td>ID440</td><td></td></tr><tr><td>Polysin-Adhäsionsfolien</td><td>Thermo Scientific Gerhard Menzel</td><td>J2800AMNZ</td><td></td></tr><tr><td>Deckgläser, 22x50 mm</td><td>VWR</td><td>631-0137</td><td></td></tr><tr><td>Histomount</td><td>National Diagnostics</td><td>HS-103</td><td></td></tr><tr><td>Hämatoxylin Harris GURR</td><td>VWR</td><td>351945S</td><td></td></tr><tr><td>Eosin, 1%, wässrig</td><td>Pyramid Inovation</td><td>S20007-E</td><td></td></tr><tr><td>Fisherbrand Objektträgerboxen</td><td>Fisher Scientific</td><td>11701486</td><td></td></tr><tr><td>Mikrotomklingen, MB35</td><td>Thermo Scientific Shandon</td><td>3050835</td><td></td></tr><tr><td>Bouin' s Lösung</td><td>Sigma Aldrich</td><td>HT10132-1L</td><td></td></tr><tr><td>HefesiebFlow-Schrank</td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td></td><td>Labcaire Systems Ltd</td><td>SC12R</td><td></td></tr><tr><td>Kühlbrutschrank</td><td>LMS Kühlbrutschrank</td><td>303</td><td></td></tr><tr><td>Inkubator</td><td>Memmert</td><td>INB 400</td><td></td></tr><tr><td>Shaker</td><td>Grant</td><td>PSU-10i</td><td></td></tr><tr><td>Fisherbrand Wirbelmischer</td><td>Fisher Scientific</td><td>13214789</td><td></td></tr><tr><td>Plattenschüttler</td><td>Heidolph Titramax 100</td><td>544-11200-00</td><td></td></tr><tr><td>12-Kanal F1 digitale Mehrkanalpipette</td><td>Thermo Scientific Finnpipette</td><td>4661070</td><td></td></tr><tr><td>12-Kanal-Pipette, elektronisch</td><td>Sartorius</td><td>735441</td><td></td></tr><tr><td>96-Well-Mikrotiterplatten</td> <td>mit flachem BodenMP Biomedicals Thermo Scientific Nunc Sarstedt</td><td>76-232-05 260860 82.1581.001</td><td>Wir haben festgestellt, dass diese Multiwell-Platten alle einen niedrigen Hintergrund erzeugen:</td></tr><tr><td>Wasser in HPLC-Qualität</td><td>Rathburn</td><td>RH1020</td><td></td></tr><tr><td>Absolutes Ethanol</td><td>Hayman Kimia</td><td>F200238</td><td></td></tr><tr><td>Kaliumphosphat monobasisch wasserfrei</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P-5655</td><td></td></tr><tr><td>Ammoniumsulfat</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A-2939</td><td></td></tr><tr><td>Kaliumhydroxid, Pellets</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P-1767</td><td></td></tr><tr><td>Magnesiumsulfat, wasserfrei</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M-2643</td><td></td></tr><tr><td>Eisen(III)-sulfat</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>307718</td><td></td></tr><tr><td>L-Leucin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>L-8912</td><td></td></tr><tr><td>L-Histidin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H-6034</td><td></td></tr><tr><td>Adenin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A-2786</td><td></td></tr><tr><td>L-Argenin, Hydrochlorid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A-6969</td><td></td></tr><tr><td>L-Methionin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M-5308</td><td></td></tr><tr><td>L-Tyrosin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T-8566</td><td></td></tr><tr><td>L-Isoleucin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>I-7403</td><td></td></tr><tr><td>L-Lysin, Hydrochlorid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>L-8662</td><td></td></tr><tr><td>L-Phenylalanin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P-5482</td><td></td></tr><tr><td>L-Glutaminsäure</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G-8415</td><td></td></tr><tr><td>L-Valin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>V-0513</td><td></td></tr><tr><td>L-Serin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S-4311</td><td></td></tr><tr><td>Thiamin, Hydrochlorid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T-1270</td><td></td></tr><tr><td>Pyridoxin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P-5669</td><td></td></tr><tr><td>D-Pantothensäure, Hemicalciumsalz</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P-5155</td><td></td></tr><tr><td>Inositol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>I-5125</td><td></td></tr><tr><td>D-Biotin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>B-4639</td><td></td></tr><tr><td>D-(+)-Glucose wasserfrei; gemischte Anomere</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G-7021</td><td></td></tr><tr><td>L-Asparaginsäure</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A-4534</td><td></td></tr><tr><td>L-Threonin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T-8441</td><td></td></tr><tr><td>Kupfer(II)-sulfat, wasserfrei</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>C-1297</td><td></td></tr><tr><td>Chlorphenolred-&#946;-D Galactopyranosid (CPRG)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>10884308001</td><td></td></tr><tr><td>Glycerin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G-2025</td><td></td></tr><tr><td>17 &beta;-Östradiol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>E-8875<</td><td></td></tr><tr><td>strong>Steroide</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Aceton</td><td>Rathburn</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Acetonitril</td><td>Rathburn</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ammoniaklösung</td><td>Rathburn</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ethylacetat</td><td>Rathburn</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kupfer(II)-nitrat</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Aceton</td><td>Rathburn</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dichlormethan</td><td>Rathburn</td><td></td><td></td></tr><tr><td>2,4,16,16-d4-17&#946;-Estradiol</td><td>CDN Isotope</td><td></td><td></td></tr><tr><td>2,4,16,16-d4-Östron</td><td>CDN Isotope</td><td></td><td></td></tr><tr><td>2,4,16,16-d4-17&#945;-ethynylöstradiol</td><td>CDN Isotope</td><td></td><td></td></tr><tr><td>17&#946;-Östradiol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Östron</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>17&#945;-Ethinylöstradiol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hexan Rathburn</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Salzsäure</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Methanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Natriumhydrogencarbonat</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Natriumhydroxid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Styrol-Divinylbenzol-Kartusche (Isolute ENV+) Festphasenextraktionskartusche (200 mg/6 ml)</td><td>Biotage</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Isolute Aminopropyl-Festphasenextraktionskartusche (500 mg/6 ml)</td><td>Biotage</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fischstudie</stark>orange-weiß</td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Silikon-Verteilerschlauch 0,63 Bohrung pk 6</td><td>Watson Marlow</td><td>982.0063.000</td><td></td></tr><tr><td>gerade Verbinder für 0,5/0,8 Bohrung pk 20</td><td>Watson Marlow</td><td>999.2008.000</td><td></td></tr><tr><td>Pumsil Silikonschlauch 0,8 Bohrung 15 m</td><td>Watson Marlow</td><td>913.A008.016</td><td></td></tr><tr><td>Serie 200 Mehrkanal Persitraltic</td><td>Pumpe Watson Marlow</td><td>205CA</td><td></td></tr><tr><td>Silikonschlauch x 15 m (Dosierbehälter)</td><td>VWR</td><td>SFM1-3250</td><td></td></tr><tr><td>Silikonschlauch x 15 m (groß für Zu-/Ablauf)</td><td>VWR</td><td>SFM1-5450</td><td></td></tr><tr><td>2,5 L Glas winchester pk 4</td><td>Fisher Scienctific</td><td>BTF-505-050B</td><td></td></tr><tr><td>magnetischer Rührstab 51 x 8 mm pk 10</td><td>Fisher Scienctific</td><td>FB55595&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Ethyl-3-aminobenzoat-Methansulfonat (MS222)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>E10521-10G</td><td></td></tr><tr><td>17&alpha;-Ethynylestradiol</td><td>Sigma Aldrich</td><td>E4876-100MG</td><td></td></tr><tr><td>Absolutes Ethanol</td><td>Hayman Kimia</td><td>F200238</td><td></td></tr><tr><td>SPE</td>1/8 Zoll PTFE-Schläuche <td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>'Strohhalme' farbcodiert pk 4</td><td>Sigma Aldrich</td><td>57276</td><td></td></tr><tr><td>Einweg-Liner für Verteiler</td><td>Sigma Aldrich</td><td>57059</td><td></td></tr><tr><td>Filterschläuche ohne Fritten 6 ml pk 30</td><td>Sigma Aldrich</td><td>57242</td><td></td></tr><tr><td>Reservior Adapter pk 12</td><td>Sigma Aldrich</td><td>57020-U</td><td></td></tr><tr><td>Edelstahl Gewicht für Verteiler pk 4</td><td>Sigma Aldrich</td><td>57278</td><td></td></tr><tr><td>männlicher Luer-Stecker für Verteiler pk 12</td><td>Sigma Aldrich</td><td>504351</td><td></td></tr><tr><td>SPE Vakuumverteiler</td><td>Sigma Aldrich</td><td>57265</td><td></td></tr><tr><td>Absperrhähne für die Extraktion Hauptfalte (supelco) pk 12</td><td>Wasser</td><td>WAT054806</td><td></td></tr><tr><td>Sep-Pak Plus C18 Kartuschenkasten 50&nbsp;</td><td>Wasser</td><td>WAT020515</td><td></td></tr><tr><td>Methanol HPLC-Qualität 2,5 l</td><td>Fisher Scientific</td><td>M/4056/17</td><td></td></tr><tr><td>7 ml Glasfläschchen mit Deckel (58 x 17 mm) Stück 399</td><td>Fisher Scientific</td><td>TUL-520-031K</td><td></td></tr><tr><td>Absolutes Ethanol</td><td>Hayman Kimia</td><td>F200238</td><td></td></tr><tr><td>Vakuumpumpe, z.B. , VP-Serie Vakuumpumpe</td><td>Camlab</td><td>1136915</td><td></td></tr></tbody></table>

die verwendung einer batterie von chemischen und ökotoxikologischen methoden zur beurteilung der wirksamkeit von abwasserbehandlungsprozesse zu entfernen estrogenic potency

Use of a Battery of Chemical and Ecotoxicological Methods for the Assessment of the Efficacy of Wastewater Treatment Processes to Remove Estrogenic Potency

Endokrin wirksame Verbindungen stellen ein erhebliches Risiko für die aquatische Umwelt dar. Ethinylestradiol (EE2) und Östron (E1) wurden kürzlich in eine Beobachtungsliste von Umweltschadstoffen im Rahmen der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie aufgenommen. Kommunale Kläranlagen tragen wesentlich zur östrogenen Potenz von Oberflächengewässern bei. Ein Großteil der östrogenen Potenz der Abwässer von Kläranlagen kann auf die Freisetzung von Steroidöstrogenen wie Östradiol (E2), EE2 und E1 zurückgeführt werden, da diese Substanzen in der Kläranlage unvollständig entfernt werden. Die Bewertung der Wirksamkeit von Abwasserreinigungsprozessen erfordert die quantitative Bestimmung einzelner Substanzen, die am häufigsten mit chemischen Analysemethoden durchgeführt wird. Zu den am häufigsten verwendeten Methoden gehören die Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GCMS/MS) oder die Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie (LCMS/MS) mit Mehrfachreaktionsüberwachung (MRM). Obwohl die gezielte chemische Analyse für regulatorische Zwecke sehr nützlich ist, kann sie nur Daten über die überwachten Verbindungen (und spezifischen Metaboliten) liefern. Ökotoxikologische Methoden stellen darüber hinaus sicher, dass anfallende Nebenprodukte oder unbekannte östrogene Verbindungen ebenfalls durch Messung ihrer biologischen Aktivität beurteilt werden. Eine Reihe von In-vitro-Bioassays, einschließlich des Hefe-Östrogen-Screenings (YES), stehen zur Verfügung, um die östrogene Aktivität von Abwasserproben zu messen. Die chemische Analytik in Verbindung mit in vivo und in vitro Bioassays bietet ein nützliches Instrumentarium zur Bewertung der Wirksamkeit und Eignung von Abwasserbehandlungsverfahren in Bezug auf östrogene endokrin wirksame Verbindungen. In diesem Artikel wird eine Reihe chemischer und ökotoxikologischer Tests verwendet, um konventionelle, fortschrittliche und neu entstehende Abwasserbehandlungsverfahren in Labor- und Feldstudien zu bewerten.

Versuche, die Auswirkungen von Verbesserungen an Abwasserbehandlungsprozesse zu verstehen, oder die am besten geeignete Technologie nachzurüsten Ausrüstung als tertiäre Behandlung bei bestehenden Kläranlage in Bezug auf die Wirksamkeit der Entfernung von endokrinen Aktivität der abgeführten Abwässer, um zu bestimmen, bedarf es nicht nur um die Messung von chemischen Schlüssel Komponenten, die die Werke, sondern erfordert die Analyse der Abbauprodukte, die endokrine Wirkung haben können auch eingeben. In häuslichem Abwasser Abwässer, die meisten östrogene Substanzen sind die Steroidhormone, Östron (E1), 17β-Estradiol (E2) und 17α-Ethinylestradiol (EE2) 5,8. Steroidöstrogene werden in erster Linie aus dem Körper als ein Gemisch von inaktiven Konjugaten 16,17 ausgeschieden. Diese konjugierten Östrogenen sind in der Kanalisation durch bakterielle Aktivität und einen weiteren Abbau erfolgt in der Kläranlage im Wesentlichen dekonjugiert. Die dekonjugiert Steroide are aus dem Abwasserstrom durch Adsorption entfernt Schlamm oder während sekundären Behandlungs biologisch abgebaut in der Formation führt, zunächst Transformationsnebenprodukte und schließlich vollständige Mineralisierung der anfänglichen aktiven Komponente auftreten. Die chemische Analyse aller Einzelverbindungen im Austragsstrom wäre schwierig, zeitaufwendig und kostspielig und würde nicht unbekannten aktiven Komponenten in einer Probe vorhanden bedecken. Darüber hinaus wird eine Summe der östrogenen Beitrag jeder Komponente nur einen Hinweis auf die kumulative östrogene Potenz einer Probe der untersuchten Verbindungen bereitzustellen. Dies ist ein Risiko, wo Transformationsprozesse erzeugen unbekannte östrogene Substanzen oder wo das einfließende ist industrieller Herkunft. Chemische Analyse kombiniert mit in vivo und in vitro Bioassays ökotoxikologische stellt eine Lösung für das Vorhandensein von unbekannten östrogenen Komponenten in Mischungen , wie beispielsweise behandelte Abwasser. In - vitro - Assays wie den Yeast Estrogen Screen (YES) wurden in behandelten Proben 8,18,19 ausgiebig zu bestimmen , die östrogene Aktivität von Abwässern und zur Identifizierung der aktiven Komponenten verwendet. Doch Vergleiche zwischen in vivo und in - vitro - Tests können 11 und eine umfassende Beurteilung neuer Prozesse in Bezug auf die Behandlung von endokrin wirksame Potenz von Bedeutung sein erfordert eine Batterie von chemischen und ökotoxikologischen Tests. Eine Bestimmung, ob einzelne Behandlungsanlagen oder Prozesse entfernen Wirkstoffe aus dem Abwasserstrom erreicht werden kann, die chemische Analyse unter Verwendung der Probenextraktion, Konzentration und clean-up des Extraktes vor der Analyse, meist folgt mit LCMS (/ MS) durchgeführt oder GCMS (/ MS) Methoden. Die Daten aus der chemischen Analyse erhalten wird, kann verwendet werden , die Einhaltung zu bestimmen , mit individuellen keine Wirkung Konzentrationen vorhergesagt (PNEC) 20 oder Umweltqualitätsnorms (EQS) 21 spezifischer Einzelverbindungen und deshalb sind solche Verfahren für die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften Daten von entscheidender Bedeutung. Darüber hinaus gezielt oder nicht gezielte chemische Analyseverfahren ermöglichen die Identifizierung und Quantifizierung von einzelnen Verbindungen oder Isomere im Vergleich zu biologischen Verfahren, die eine Gesamtantwort bereitzustellen. Chemische Analyseverfahren erlauben daher die Bewertung von diskreten Verbindungen hergestellt werden gerecht zu werden und diese Abwasserbehandlung Herausforderungen auf einer individuellen Behandlung pflanzlicher Basis zu adressieren. Studien haben gezeigt , dass herkömmliche Abwasserbehandlung (beispielsweise Belebungsanlagen) in der Entfernung von natürlichen Steroidhormone hochwirksam sein , obwohl die Entfernung des synthetischen Hormon EE2 weniger wirksam zu sein tendiert. Feldstudien erweiterte Behandlung unter Verwendung von Techniken wie Ozon verwendet, granulierter Aktivkohle (GAC) und Membranen haben gezeigt, wenn auch zu hohen Kosten, dass sie als End-of-pipe-Lösung verwendet werden EE2 zu entfernen, um unter predicted Wirkungsebenen und unterhalb der Nachweisgrenzen. Abbildung 3 zeigt die Entfernung von EE2 GAC Skala kommunalen Kläranlage in einem Pilot verwenden. Studien im Pilotmaßstab bei kommunalen Kläranlagen durchgeführt unter Verwendung von Rohrende GAC Behandlung zeigen auch die Reduktion der östrogene Potenz folgenden GAC gemessen , um die Hefe Estrogen Screen mit (JA) , wie in Abbildung 4 zu sehen. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/54243/54243fig3.jpg" /> Abbildung 3. Beispiel Felddaten die Entfernung von Ethinylestradiol folgenden erweiterten tertiären Behandlung zeigt. (A) werden Proben aus der Kläranlage gesammelt herkömmlichen folgenden (Belebtschlammanlage) Behandlung nach den Verfahren zur Konservierung der Proben beschrieben. (B) Die Proben werden extrahiert unter Verwendung von Festphasenextraktion, aufgeräumte Störstoffe SPE mit normalen Phase zu entfernen undGelpermeationschromatographie. (C) Die saubere konzentrierte Extrakt wird auf ein niedriges Volumen konzentriert und analysiert unter Verwendung von Negativ - Ionen - Elektrospray - LCMS / MS in MRM - Modus. Die Ergebnisse werden mit internen Standardisierung berechnet isotopenmarkierten internen Standards. In dem gezeigten Beispiel ist EE2 in der endgültigen ASP Abwasser in einer Konzentration über dem vorhergesagten no effect level (PNEC) von 0,1 ng / L und wird unter Verwendung von GAC und Ozon entfernt (O 3) auf eine umweltverträgliche Konzentration. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54243/54243fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Abbildung 4" src="/files/ftp_upload/54243/54243fig4.jpg" /> Abbildung 4. Foto eines Yeast Estrogen Screen (YES) Assayplatte (A) zeigt Farbwechsel von gelb bis rot, in Bezug auf östrogene Aktivität der Proben. Stücke aus der JA - Testplatte zeigt erstellt korrigierte Absorption (540nm) des Östradiol - Standard (B), Belebtschlammverfahren Abwasser (ASP) und körnige Aktivkohle (GAC) behandelte Abwasser Abwasserproben (C). Jede Probe wurde doppelt getestet. ASP und GAC Abwässer wurden extrahiert und konzentriert , um die SPE Methoden im Abschnitt 1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54243/54243fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> Ozonierung ist auch effizient in Steroid Östrogene und östrogene Aktivität von konventionell behandelten Kläranlagen zu entfernen. Ozon ist in der Lage eine Vielzahl von organischen Verunreinigungen und gelösten organischen Substanzen in Abwasserproben zu oxidieren und Desinfektionseigenschaften bietet. Die Wirksamkeit der Ozonisierung hängt von der Wasser Eigenschaften wie pH, der Menge an organischer Substanz und der applizierten Dosis von Ozon. Östrogene, die durch konventionelle Behandlung schlecht entfernt werden kannentfernt von Abwasser mit Dosen zwischen 0,8 und 2 mg O 3 / mg DOC. Ozon ist ein selektiver Oxidationsmittel, die mit reichen Standorten Elektron reagiert (ungesättigte Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen, aromatische Verbindungen, einschließlich aromatische Alkohole), die Ozon anwendbar für den Abbau einer Reihe von EDC macht. Allerdings ist die Eliminierung von Einzelverbindungen nicht notwendigerweise auf die vollständige Mineralisierung der ursprünglichen Verbindung führen. Organischen Substanzen folgende Ozonisierung Erzeugungs transformiert werden können Zwischenprodukte oder Transformation Oxidationsnebenprodukte, die eine Anzahl von niedrigem Molekulargewicht umfassen polare Klassen von Verbindungen, wie Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren, Ketosäuren und bromierte Verbindungen. Beispiele umfassen, Bromat, Formaldehyd, Acetaldehyd und Carbonsäuren. Mit In - vivo und in - vitro - Biotests hat sich gezeigt, dass , obwohl Ozon die resultierenden Haupttransformationsprodukte eine geringere estrog nur zum Teil einige chemische Substanzen oxydiert, habenENIC Wirksamkeit und damit die Anwendung von Ozon bei einer geeigneten Dosis einen hohe Entfernung von östrogene Aktivität. Einer der wichtigsten Vorteile der zusätzlichen Behandlung von Abwässern ist die Verringerung der Verweiblichung männlicher Fischgewässer in Empfang; eine nachteilige Wirkung , die 3 zu einer verminderten Fruchtbarkeit führen kann. In - vivo - Studien Fisch (zB, Rotauge oder Dickkopfelritze) ausgesetzt Abwasser zeigen weibliche Keimzellen oder Eizellen in den Hoden der männlichen Fische (zB wie in Abbildung 5 zu sehen ist ). Intersex oder männlich VTG fehlt oder erheblich in Fisch folgenden erweiterten Behandlung wie GAC 7 oder Ozon verringert 22. Diese Studien zeigen, dass die Umwandlungsprodukte bei der Ozonisierung hergestellt sind nicht östrogene, was jedoch nicht die Toxizität des Abwassers nicht adressieren erzeugt. Dieses Problem wurde in anderen Studien, zum Beispiel eine Studie von Magdeburg et al gerichtet. <sbis&gt; 23 , die zeigt , dass Ozon - Oxidation Nebenprodukte sind giftig zu Regenbogenforelle , aber diese Toxizität kann durch nachgeschaltete Sandfiltration folgende Ozonierung entfernt werden. <img alt="Abbildung 5" src="/files/ftp_upload/54243/54243fig5.jpg" /> Abbildung 5. Mikroskopische Aufnahmen eines normalen männlichen (A) und Intersex (B, C) ​​Gonaden aus adulten Plötze (Rutilus rutilus) ausgesetzt Abwässer in einem Feld basierte Bewertung. Mikroskopische Aufnahme-A, zeigt einen histologischen Schnitt von normalen männlichen Hoden. Mikroskopische Aufnahme-B und -C, zeigt histologische Schnitte eines intersex männlichen Fische, für sechs Monate zu Belebtschlammverfahren Abwasser anfällt, ausgesetzt wurde. Die Pfeile zeigen die Eizellen in dem Hodengewebe. Maßstabsbalken entspricht 100 &amp; mgr; m in jedem Mikrobild . <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54243/54243fig5large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54243/54243fig5large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page = &quot;1&quot;&gt; Die hohen Kosten der Behandlungsende Rohr unter Verwendung von Ozon, GAC oder Membrantechnologie erfordert die Entwicklung alternativer kostengünstiger, nachhaltige Methoden für endokrin wirksame Chemikalie (EDC) Entfernung. Weiterhin Adsorptions- und Trennverfahren trennen einfach EDC von einer Phase zur anderen statt sie über Abbau zu eliminieren. TAML Aktivatoren wurden entwickelt , Wasserstoffperoxid Oxidation von organischen Mikroverunreinigungen im Abwasser 12,24 zu katalysieren - 26. TAML Aktivatoren mit H 2 O 2 effektiv EE2 abbauen und andere Steroide Östrogene in reinem Laborwasser sowie in den Abwässern aus kommunalen Kläranlagen und in Stachelurinproben 12. Laboruntersuchungen, zeigt TAML / H 2 O 2 -Behandlung hohe Steroid Östrogen Entfernung einschließlich EE2 Entfernung liefert und reduziert wesentlich östrogene Aktivität in vitro gemessen mit dem JA - Bioassay und Substantially nimmt in vivo Fisch Feminisierung der VTG - Bioassay gemessen (Abbildung 1 und Abbildung 6). <img alt="Figur 6" src="/files/ftp_upload/54243/54243fig6.jpg" /> Abbildung 6. Durchschnittliche EE2 - Konzentration und östrogene Aktivität in behandelten und unbehandelten Tankwasser (A) und Plasma - Vitellogenin in der Basislinie und exponierten männlichen Fischen (B). A) EE2 - Konzentration (ng / L, dunkelblaue Balken) wurde gemessen durch LCMS / MS , östrogene Aktivität (EE2 Äquivalent ng / L, dunkelgrün Balken) wurde gemessen durch in vitro Yeast Estrogen Screen (JA). B) Plasma vitellogenin (ng / ml, hellblaue Balken) Konzentration bei männlichen Elritze wurden über eine quantitative Enzym gemessen -verknüpften immunosorbent assay (ELISA). EE2 chemischen Analyseergebnisse als &lt;0,03 ng / L EE2 (dh unter der Nachweisgrenze (LOD)) wurden als mit Halb LOD (dh behandelt, </em&gt; 0.015 ng / L EE2) für die Verwendung in den Berechnungen der Mittelwerte, Standardfehler und statistische Analyse. EE2 und östrogene Aktivität sind durchschnittlich gemessenen Konzentrationen über den gesamten Belichtungs 21 Tage abgetastet. Plasma VTG wurde vor der Belichtung (Baseline) gemessen und nach 21 Tagen Exposition. Das Behandlungsregime bestand aus; Negativkontrolle (Verdünnungswasser), EE2 + H 2 O 2 + TAML, EE2 + H 2 O 2 und EE2 geschützt. Die Fehlerbalken in Graph-A stellen die Standardfehler des Mittelwerts, Fehlerbalken in Graph-B stellen die Standardabweichung. Briefe über Balken in der Grafik-B stellen statistische Ähnlichkeit. Diese Zahl wurde von Mills modifizierte et al. 12 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54243/54243fig6large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54243/54243fig6large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a>

Endokrin wirksame Stoffe (EDC) stellen ein erhebliches Risiko für die aquatische Umwelt. Kommunale Kläranlagen leisten einen wesentlichen Beitrag zur östrogene Potenz von Oberflächengewässern. Die Methodik in diesem Papier geliefert wird, ermöglicht eine Beurteilung der Wirksamkeit und Eignung von Abwasserbehandlungsverfahren in Bezug auf EDC Entfernung.

Die Verwendung einer Batterie von chemischen und ökotoxikologischen Methoden zur Beurteilung der Wirksamkeit von Abwasserbehandlungsprozesse zu entfernen Estrogenic Potency

Endocrine Disrupting Compounds pose a substantial risk to the aquatic environment. Ethinylestradiol (EE2) and estrone (E1) have recently been included in ...

Das übergeordnete Ziel der hier beschriebenen Testreihe, einschließlich analytischer Chemie sowie in-vitro- und in-vivo-Methoden, besteht darin, die Wirksamkeit neuartiger und innovativer Abwasserbehandlungstechnologien hinsichtlich der Entfernung östrogenwirksamer Kontaminanten zu bestimmen. Diese Methoden können helfen, zentrale Fragen in der Umwelttechnik zu beantworten, beispielsweise bei der Auswahl der effektivsten Abwasserbehandlungsverfahren angesichts einer variablen östrogenen Potenz des Abwassers. Der Hauptvorteil dieser Techniken liegt darin, dass sie auf sehr niedrige Konzentrationen wirksamer Verbindungen ansprechen und somit die effizientesten Technologien zur Schonung aquatischer Lebensformen aufzeigen.Die Verfahren werden demonstriert von Postdoktorandin Dr. Chris Green, der Doktorandin Angela Pinzon, der Forschungsmitarbeiterin Dr. Alice Baynes und der leitenden wissenschaftlichen Technikerin Nicola Beresford. Der SPE-Prozess erfordert eine sorgfältige Beachtung von Sauberkeit und Ordnung, um Kontaminationen der Proben zu vermeiden. Reinigen Sie alle Röhrchen, Hähne und Sinterplatten vorab mit Methanol.Bevor Proben analysiert werden, die Transferleitungen an das Extraktionsmanifold anschließen und das gesamte System mit entionisiertem Wasser spülen. Um die Proben zu analysieren, zuerst die Einweg-Ventildichtungen befestigen und anschließend die Styrol-Divinylbenzol-SPE-Kartuschen anschließen. Danach fünf Milliliter Ethylacetat in jedes Reservoir pipettieren, um die Kartuschen zu konditionieren.Während dieses Schritts sicherstellen, dass die SPE abgedichtet ist. Dann die Vakuumpumpe einschalten, um eine Fließgeschwindigkeit von 10 Millimetern pro Minute zu erreichen. Bevor die Kartuschen austrocknen, fünf Milliliter Methanol auftragen, gefolgt von fünf Milliliter Wasser.Es ist sehr wichtig, dass die SPE-Kartuschen nicht austrocknen. Nachdem das Wasser größtenteils durchgelaufen ist, schalten Sie die Pumpe aus und füllen Sie jedes Kartuschenreservoir mit Wasser auf. Anschließend verbinden Sie 1/8-Zoll-PTFE-Schläuche zwischen den Kartuschenreservoiren und den Glasprobenflaschen.Schalten Sie nun das Vakuum auf eine Durchflussrate von weniger als 10 Milliliter pro Minute um und lassen Sie die gesamte Probe durch die Kartusche fließen. Danach trocknen Sie die SPE-Kartuschen gründlich, bis sich die Farbe des Kartuscheninhalts verändert. Verwenden Sie hierfür ein Vakuum oder einen Gasstrom.Stellen Sie nun saubere, trockene 10-Milliliter-Glaseinzelflaschen in ein Rack und setzen Sie das Rack in das Extraktionsmanifold ein. Prüfen Sie, ob sich jeder Liner über einer Flasche befindet. Befüllen Sie die Probenreservoire mit jeweils zwei Mal vier Milliliter, insgesamt acht Milliliter Dichlormethan, schalten Sie die Vakuumpumpe ein und lassen Sie die Flüssigkeit durch die Festphasen-Extraktion und in die Sammelflaschen laufen.Anschließend verwenden Sie einen Konzentrator, um das Volumen in allen Sammelgefäßen auf ein Milliliter zu reduzieren. Überführen Sie jede Probe in ein Autosampler-Gefäß und konzentrieren Sie sie mithilfe von Stickstoff-Abdampfgeräten weiter auf 100 Mikroliter. Der nächste Schritt im Verfahren besteht darin, mithilfe von GPC makromolekulare Störstoffe zu entfernen.Zunächst injizieren Sie 95 Mikroliter des eluierten Probenextrakts in die mit HPLC ausgestattete GPC. Konzentrieren Sie den GPC-Extrakt mithilfe eines Konzentrators und der Stickstoff-Abdampfvorrichtung auf 200 Mikroliter und füllen Sie ihn anschließend mit Hexan auf zwei Milliliter auf. Danach befestigen Sie Einweg-Ventildichtungen, Amino-Purpur-Kartuschen und Kartuschenreservoirs an das SPE-Manifold sowie die 10-Milliliter-Glas-Sammelgefäße.Nun zwei Milliliter Hexan in jede Säule laden, um sie zu konditionieren, und das Lösungsmittel verwerfen. Danach den GPC-Probenextrakt in das Reservoir geben und durchsaugen. Den gesammelten Extrakt beiseitestellen und das Gefäß im Rack ersetzen, um die Waschfraktion aufzufangen.Anschließend lassen Sie zwei Milliliter einer 30 Prozent Volumen pro Volumen enthaltenden Mischung aus Ethylacetat und Hexan durch die Kartusche fließen. Danach geben Sie zwei weitere Milliliter Ethylacetat und Hexan hinzu, entsorgen die gesammelten Waschlösungen und stellen das 10-Milliliter-Sammelgefäß zurück in das Rack. Geben Sie nun zwei Milliliter einer 50 Prozent Volumen pro Volumen enthaltenden Mischung aus Ethylacetat und Aceton in das Reservoir und starten Sie die Pumpe mit einer geringen Flussrate von unter zwei Millilitern pro Minute.Nachdem die Flüssigkeit durchgelaufen ist, geben Sie weitere zwei Milliliter 50 %ige Ethylacetat zur Säule hinzu. Anschließend konzentrieren Sie das Extrakt mit einem Verdampfer auf ein Volumen von einem Milliliter ein. Danach überführen Sie die Probe in ein kleineres Glasfläschchen und verdampfen das Extrakt mit einem Stickstoffstrom bis zum Ansatz der Trocknung. Geben Sie 100 µL Methanol hinzu, mischen die Probe gründlich und überführen sie in ein Autosampler-Fläschchen mit einem 0,3-Milliliter-Einsatz.Führen Sie anschließend die LC-MS/MS-Analyse des Extrakts durch. Bereiten Sie am Tag vor Beginn des Assays frisches Wachstumsmedium vor und impfen Sie es mit dem Tenax-Dock des verwendeten HER-Stamms an. Bereiten Sie am folgenden Tag den Assay vor, indem Sie 100 µL serielle Verdünnungen der Testchemikalien oder Eluat-Extrakte sowie anschließend die E2-Standardkurve in Ethanol herstellen.Überführen Sie nun Aliquots von 10 Mikrolitern in eine beschriftete sterile 96-Well-Platte. Lassen Sie die Platte anschließend unbedeckt, damit der Ethanol verdunsten kann. Bereiten Sie danach 50 Milliliter Wachstumsmedium mit 0,5 Millilitern CPRG-Lösung vor.Aus der 24-stündigen Hefekultur die Trübung bei 620 Nanometern messen, um die Zelldichte abzuschätzen. Anschließend 40 Millionen Hefezellen zu 50 Milliliter Assay-Medium hinzufügen. Das beimpfte Assay-Medium in eine sterile Wanne überführen und mit einer Mehrkanalpipette jeweils 200 Mikroliter Medium in jede Vertiefung der Assay-Platte übertragen.Ersetzen Sie den Deckel der Testplatte, versiegeln Sie die Kanten mit Klebeband und schütteln Sie die Testplatte mithilfe eines Plattenschüttlern 2 Minuten lang kräftig. Anschließend inkubieren Sie die Platte 32 °C in einem natürlich belüfteten Heizschrank. Nach drei Tagen Inkubation wiederholen Sie den Schüttelschritt und lassen Sie die Hefe anschließend etwa eine Stunde lang absitzen.Schließlich wird die Lichtabsorption der Proben bei 540 und 620 Nanometern gemessen. Wasserproben aus einer konventionellen Abwasserbehandlungsanlage zur Aktivierung des Schlammprozesses wurden mittels negativer Ionen-Elektrospray-LCMS untersucht; dabei wurde Ethinylestradiol in einer Konzentration oberhalb der vorhergesagten Wirkungsfreigrenze nachgewiesen. Mithilfe einer fortgeschrittenen Wasseraufbereitung, wie z. B. granuliertem Aktivkohle (GAC), ließen sich die Konzentrationen von Ethinylestradiol deutlich verringern.Alle Abwasserextrakte wurden mit einem isotope-markierten internen Standard analysiert, rot markiert, um eine Quantifizierung zu ermöglichen. Der Hefe-Östrogen-Screening-Test war eindeutig empfindlich gegenüber dem Standardöstrogen Estradiol, zeigte jedoch keine Reaktion auf das Ethanol, das im Wesentlichen die Blindprobe darstellt. Die Hefe-Screening-Zellen reagierten eindeutig auf das Abwasser aus dem Belebtschlammverfahren, während das nach Aktivkohlebehandlung behandelte Abwasser eine verminderte Reaktion zeigte; dennoch war es biologisch aktiver als die Blindprobe.Mithilfe dieser neuartigen Abwassertechnologie wurden sowohl die Konzentration von Ethinylestradiol, dargestellt in Blau, als auch die östrogene Aktivität, dargestellt in Grün, durch die kombinierte Behandlung mit Wasserstoffperoxid und TAML signifikant verringert. Kläranlagen sind die Hauptquelle für die Oberflächenwasserverschmutzung mit östrogenen Substanzen. Neue Ansätze zur Verbesserung von Wasserbehandlungsverfahren für diese Abläufe erfordern eine gründliche Prüfung der östrogenen Aktivität.Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis für eine Reihe chemischer und ökotoxikologischer Tests besitzen, die erforderlich sind, um die östrogene Aktivität in Wasserproben zu messen. Es ist äußerst wichtig, durch sorgfältige Handhabung der Proben und Extrakte sicherzustellen, dass deren Kontamination minimiert wird. Beispielsweise enthalten häufig verwendete Kunststoffe östrogene Verbindungen. Daher ist es unerlässlich, negative Kontrollen einzuschließen, um auf chemische Kontamination zu prüfen, sowie positive Kontrollen, um zu überprüfen, ob die Extraktionsmethode funktioniert hat und eine gute Rückgewinnung der zugesetzten Östrogene erfolgt ist.

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Forschung

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Umwelt

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Die Verwendung einer Batterie von chemischen und ökotoxikologischen Methoden zur Beurteilung der Wirksamkeit von Abwasserbehandlungsprozesse zu entfernen Estrogenic Potency (Video) | JoVE Journal

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