4. identifikace rizikových genetických faktorů O/ Rizikové genetické faktory jsou fyzikální a chemické faktory, u kterých existuje pravděpodobnost, že u živých organizmů vyvolají změny DNA (mutace). O/ Anglicky: § Genetic Hazard Identification § Genetic Risk Assessment & Risk Management O/ Ekvivalentním vyjádřením fyzikálních a chemických faktorů je stresor. Stresory působí negativně (někdy pozitivně) na biologický systém. ¨ Fyzikální stresory § uv záření § ionizační záření § extrémní meteorologické situace, eroze, aj. ¨ Biologické stresory § viry a další patogeny § narušení biologické rovnováhy mezi populacemi, migrace § introdukce exotických druhů ¨ Chemické stresory § persistentní organické polutanty (PAHs, PCBs, PCD, aj) § pesticidy § toxické kovy (Cu, Se, Cd, Hg, Pb, Ni, aj) § radionuklidy (Pu, U, Cs, aj.) § plyny (SO[2], NO[x], O[3], skleníkové plyny, aj) O/ Nebezpečnost je schopnost stresoru vyvolat určité poškození u biologického systému. Stanovení hodnot NOEL, LC[50] či mutagenity látky nebo směsi určuje její nebezpečnost. O/ Expozice je proces, při kterém organismus přichází do styku s určitým stresorem v definovaném systému. Expozice může být vyjádřena jako dávka a je určována nejčastěji akutními testy toxicity. O/ Potenciální mutageny a karcinogeny jsou přítomny v přírodních produktech a nebo pocházejí z antropogenní činnosti. 4.1. Hodnocení rizika pro zdraví člověka a pro životní prostředí (1) Identifikace nebezpečnosti rizikových genetických faktorů (2) Hodnocení nebezpečnosti (3) Hodnocení expozice (4) Charakterizace rizika ad (1) Identifikace nebezpečnosti rizikových genetických faktorů O/ Postup identifikace nebezpečnosti § fáze I – charakteristika toxicity § fáze II – identifikace toxikantů § fáze III – konfirmační, potvrzení toxicity O/ Provádí se pro všechny složky životního prostředí (voda, vzduch a půda) dle předem definovaných scénářů (množství srážek, větry, teplota aj.). Pak lze predikovat § reálný vstup do prostředí pomocí koncentrace v prostředí - PEC (Predicted Environmental Concentration) a kvantifikovat množství, dobu trvání, frekvence opakování aj. § určit hodnotu nejvyšší koncentrace, při které je pravděpodobné, že se neprojeví toxické účinky – NEC (No Effect Concentration). O/ Modelové odhady sledují mutační potenciál sledovaných substancí na úrovni: ¨ organismů § testy toxicity § testy genotoxicity (mutace, karcinogenity, teratogenita) ¨ populací § terestrický systém § ekosystémy povrchových vod § využití biomarkerů (expozice, účinku a vnímavosti) ¨ společenstev a ekosystému § mikrobiální společenstva reálného prostředí § společenstva bezobratlých § společenstva rostlin O/ Počítačové modely § SAR, QSAR § GENOTOX § expoziční algoritmy O/ Testy genotoxicity. Rozpor mezi různými návrhy ve výpovědní hodnotě testů vůči člověku: § používat lidské buněčné linie nebo živé savce? § používat kombinace testů na somatické a gametické mutace u savců jako predikce karcinogenity nebo testy karcinogenity na savcích ad (2) Hodnocení nebezpečnosti § analýza vstupu látek do prostředí § transport složkami prostředí § akutní expozice (letalita), tedy krátkodobá expozice xenobiotiku (NOEC), popřípadě subletální dávky § vztah dávka (koncentrace) – účinek (odpověď) § chronická expozice, tedy dlouhodobá expozice xenobiotiku § informace o počtu lidí, kteří mohou být účinku vystaveni § distribuce látky v prostředí § výpočet ECL (Environmental Concentration Level) ad (3) Hodnocení expozice Hodnocení se provádí multisložkově při identifikaci všech možných expozičních cest § hodnocení potenciální expozice cílovými receptory (organizmy, složky prostředí aj.) § environmentální koncentrace § biomarkery § testy genotoxicity (aberace, epidemiologické) u jednotlivých organismů z různých populací, společenstev, ekosystémů a lokalit § biokoncentrace, určení rovnovážného poměru koncentrace látky v organismu ke koncentraci volně rozpustné ve vodě, odvozený z laboratorních dat § bioakumulace, určení příjmu chemické látky (potrava, voda, půda) z kontaminovaného media, odvozené z terénních dat § bioobohacování, vzrůst biokoncentrace chemické látky v organismech na vyšších trofických úrovních, odvozený z terénních i laboratorních modelů § biodegradabilita, hlavně rychlost rozpadu v terénních podmínkách § rozdělovací koeficient pro rostlinné tkáně (pro neionizované organické polutanty je poměr koncentací mezi rostlinnou tkání a vodou v termodynamické rovnováze) § rainsplash (rozstříkání půdních kontaminantů deštěm) § difuzní výměna mezi ovzduším a rostlinami (lineární vztah mezi koncentrací organických polutantů v ovzduší a listech) § příjem jemných částic stomaty rostlin § příjem z půdy kořeny § inhalace plynů a prachových částic u živočichů § dermální kontakt živočichů (kontakt s půdou, vodou, u ptáků je nejrizikovější období před opeřením, významná absorbce) § ingesce § osmotická rovnováha (pórová voda) § analýza potravního řetězce Příklady expozičních cest hlavních složek prostředí: ¨ povrchová voda § přímý kontakt (terestrické a akvatické organizmy) § příjem kořeny § ingesce (pitnou vodou) ¨ podzemní voda § příjem kořeny (kořenová zóna min. 1 m) § ingesce (pitnou vodou) ¨ sedimenty § přímý kontakt (terestrické organizmy pouze v záplavových oblastech, akvatické trvale) § příjem kořeny (z kontaminovaných sedimentů v záplavových oblastech) § ingesce (terestrické organizmy nahodile během sběru potravy) ¨ půdy § dermální kontakt (významnost pouze u organických lipofilních látek, které mohou přecházet přes epidermální bariéry) § foliární depozice (expozice rostlin z povrch listů a stonků) § příjem kořeny § ingesce (nahodilá během sběru potravy) ¨ vzduch § inhalace par (nejdůležitější pro organizmy, žijící v kontaminovaných půdách s omezeným množstvím vzduchu bez pohybu) § inhalace prachu § foliární příjem par (týká se kontaminantů s vysokou tenzí par) § foliární depozice prachu (povrch listů a stonků) ¨ potravní řetězec § ingesce ad (4) Charakterizace rizika § výsledky laboratorních testů genotoxicity § koeficient nebezpečnosti chemických látek § fyzikální modelování, počítačové i terénní § multivariační statistické metody § procesní modely (populační nebo ekosystémové) § management rizika Identifikace nebezpečnosti u polycyklických aromatických uhlovodíků O/ fáze I – charakteristika toxicity. Příklady PAH § benzo[a]pyren § 5-methylchrysen § dibenzo[a,h]antracen O/ fáze II – identifikace toxikantů. Princip působení PAH na organismus vede přes metabolizace. Jsou aktivovány na dihydrodiol epoxidy, které působí na DNA v místech guaninu (G-N^2) nebo adeninu (A-N^6) a narušují vazbu. O/ Nejčatější epoxidové stereoizomery reagující přímo s DNA (95% všech epoxidových reakcí): § (±)-r-7,t-8-dihydroxy-9,t-10-epoxy-7,8,9,10-tetrahydrobenzo[a] pyren (anti-BPDE) § (±)-r-7,t-8-dihydroxy-c-9,10-epoxy-7,8,9,10-tetrahydrobenzo [a] pyren (syn-BPDE) § (±)-r-t-9,10-dihydroxy-c-7,8-epoxy-7,8,9,10-tetrahydrobenzo[a] pyren (trans-BPDE) O/ fáze III – konfirmační, potvrzení toxicity. Důsledky epoxidačních reakcí s DNA § působení anti-BPDE způsobuje transverze, nejčastější místo GC TA (5´ -CTGCA- 3´) (5´ -TG- 3´) (5´ -CG- 3´)