Study of the influence of pH on the toxicity of xenobiotics in aquatic organisms through toxicokinetics and metabolomics approaches utilizing high resolution mass spectrometric techniques
Authors: Παναγοπούλου Ελένη 
Published: November 2024

Τις τελευταίες δεκαετίες έχει παρατηρηθεί μια αυξανόμενη ανίχνευση διάφορων οργανικών ενώσεων καθώς και μεταβολιτών τους στα υδάτινα οικοσυστήματα. Αυτό έχει προκαλέσει μια ανησυχία στην επιστημονική κοινότητά σχετικά με τις πιθανές απειλές στους υδάτινους οργανισμούς και τελικά στην υγεία του ανθρώπου. Οι περισσότερες από αυτές τις ενώσεις ανήκουν στην ομάδα των ιοντιζόμενων οργανικών ενώσεων (IOCs). Η χημική τους μορφή που μπορεί να είναι ουδέτερη ή ιοντισμένη, επηρεάζεται από τις τιμές pH του περιβάλλοντος. Ενώσεις που βρίσκονται σε ουδέτερη μορφή φαίνεται να διαπερνούν πιο εύκολα τις μεμβράνες των οργανισμών και αναμένεται να έχουν μεγαλύτερη τοξικότητα. Επομένως, η τοξικοκινητική των οργανικών ενώσεων στους υδρόβιους οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένης της πρόσληψης, της κατανομής, του μεταβολισμού και της απέκκρισης (ADME), θα πρέπει να διερευνάται για μια πιο ολοκληρωμένη εκτίμηση κινδύνου. Πολλές ερευνητικές μελέτες δεν περιλαμβάνουν εκτενής διερεύνηση της βιομετατροπής, παρόλο που μπορεί να παράσχει πολύτιμες πληροφορίες για την κατανόηση της συνολικής επίδρασης τόσο των μητρικών ενώσεων όσο και των μεταβολιτών τους στους υδρόβιους οργανισμούς. Ο κύριος στόχος αυτής της διατριβής είναι να μελετηθεί η επίδραση των φυσικοχημικών ιδιοτήτων, και πιο συγκεκριμένα το pH, στην τοξικότητα, την πρόσληψη, τη βιοσυσσώρευση και τη βιομετατροπή ξενοβιοτικών ενώσεων σε υδρόβιους οργανισμούς. Μια ολοκληρωμένη μεθοδολογία, που περιλαμβάνει τοξικοκινητική και μεταβολομική προσέγγιση, δημιουργήθηκε για την αξιολόγηση των επιδράσεων διαφόρων ξενοβιοτικών ενώσεων στους υδρόβιους οργανισμούς. Αναπτύχθηκαν γενικά πρωτόκολλα για την προετοιμασία και την ανάλυση των δειγμάτων, αλλά και για την επεξεργασία των δεδομένων, ώστε να εξασφαλίζεται η μέγιστη αξιοπιστία των παραγόμενων αποτελεσμάτων. Επιπλέον, αναπτύχθηκε μια ολοκληρωμένη ροή εργασίας για την ταυτοποίηση των πιθανών μεταβολιτών σε υδρόβιους οργανισμούς (Κεφάλαιο 3). Επιπλέον, διερευνήθηκε η επίδραση διαφορετικών τιμών pH στην τοξικότητα, την πρόσληψη και τη βιοσυσσώρευση οργανικών ενώσεων χρησιμοποιώντας τρεις πρότυπους οργανισμούς, συγκεκριμένα έμβρυα zebrafish (ZFE), daphnia magna και lemna minor. Για την ανάλυση των δειγμάτων χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές φασματομετρίας μάζας υψηλής διακριτικής ικανότητάς, συγκεκριμένα RPLC/HILIC-LC-HRMS και LC-TIMS-HRMS. Οι τιμές LC50, οι εσωτερικές συγκεντρώσεις (Cint) και οι παράγοντες βιοσυσσώρευσης (BCF) προσδιορίστηκαν (Κεφάλαιο 4). Επιπρόσθετα, αξιολογήθηκε η ικανότητα των εμβρύων zebrafish να βιομετατρέπουν φαρμακευτικές ενώσεις. Ανιχνεύθηκαν διάφορα προϊόντα βιομετασχηματισμού από αντιδράσεις της φάσης Ι και φάσης ΙΙ του μεταβολισμού, και προτάθηκαν πιθανά μεταβολικά μονοπάτια για τις ενώσεις Ibuprofen και Metoprolol στα έμβρυα zebrafish. Παράλληλα, εξετάστηκε η επίδραση της βιομετατροπής τις εσωτερικές συγκεντρώσεις των ιοντιζόμενων οργανικών ενώσεων. Τα προϊόντα βιομετατροπής ενδέχεται να έχουν διαφορετικό προφίλ τοξικότητας και υψηλότερο δυναμικό βιοσυσσώρευσης από τις μητρικές ενώσεις τους, επομένως τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης αναδεικνύουν το ρόλο της βιομετατροπής στις μελέτες τοξικοκινητικής (Κεφάλαιο 5). Τα συνολικά αποτελέσματα της παρούσας διατριβής υπογραμμίζουν ότι οι διαφορετικές τιμές pH του περιβάλλοντος μπορεί να επηρεάσουν την τοξικοκινητική και επομένως αποτελούν βασικό παράγοντα που θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στις αντίστοιχες μελέτες. Η εσωτερική συγκέντρωση αναδείχθηκε ως πιο αντιπροσωπευτικό μέτρο εκτίμησης της τοξικότητας και συνιστάται να χρησιμοποιείται παράλληλα με τις τιμές LC50 για πιο ολοκληρωμένη εκτίμηση του κινδύνου. Όσον αφορά την βιομετατροπή, τα έμβρυα zebrafish φαίνεται να μεταβολίζουν εκτενώς φαρμακευτικές ενώσεις, όπως το Ibuprofen και το Metoprolol. Η βιομετατροπή φαίνεται να συμβάλει σημαντικά στην εσωτερική συγκέντρωση της μητρικής ένωσης και ενδεχομένως μπορεί να επηρεάσει την τοξικότητά τους. Ως εκ τούτου, οι ξενοβιοτικές ενώσεις και οι μεταβολίτες τους θα πρέπει να διερευνώνται συμπληρωματικά προς την εσωτερική συγκέντρωση στις διάφορες μελέτες τοξικοκινητικής, για μια ολιστική ερμηνεία της τοξικότητας.