 |
Mechanism-related teratogenic, hormone modulant and other toxicological effects of veterinary and agricultural surfactants
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
91239 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Székács, András |
| Title in Hungarian |
Állatgyógyászati és mezőgazdasági felületaktív anyagok mechanizmusfüggő teratogén, hormonmoduláns és egyéb toxikus hatásai |
| Title in English |
Mechanism-related teratogenic, hormone modulant and other toxicological effects of veterinary and agricultural surfactants |
| Keywords in Hungarian |
felületaktív anyagok, takarmányadjuvánsok, retionsav útvonal, ösztrogénhatás, programozott sejthalál, membránpermeabilitás, kémiai analízis |
| Keywords in English |
surfactants, feed adjuvants, retionoic acid patway, estrogenic activity, apoptosis, membrane permeability, chemical analysis |
| Discipline |
| Veterinary sciences (Council of Complex Environmental Sciences) | 40 % | | Ortelius classification: Animal toxicology | | Feeding physiology (Council of Complex Environmental Sciences) | 30 % | | Animal physiology (Council of Complex Environmental Sciences) | 30 % |
|
| Panel |
Plant and animal breeding |
| Department or equivalent |
Unit of Enviromental Analytics (Central Environmental and Food Science Research Institute) |
| Participants |
Fejes, Ágnes
Fekete, Gábor
Madarász, Emília
Pásztiné Dr. Gere, Erzsébet
Takács, Eszter
|
| Starting date |
2013-10-01 |
| Closing date |
2014-09-30 |
| Funding (in million HUF) |
8.525 |
| FTE (full time equivalent) |
1.33 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A világ össztermelése felületaktív anyagokból évi mintegy 15 megatonna. Az állatgyógyászat felületaktív anyagokat takarmányadalékként (pl. dioktil-nátrium-szulfoszukcinát), tisztítószerekként, fertőzésgátló és fertőtlenítőkként használ, utóbbi fő képviselői a benzalkónium-klorid és benzoxónium-klorid kationos tenzidek, melyek baktérium- és vírusellenes hatásúak, bár bakteriális ellenálló képesség gyakran jelentkezik. A növényvédő szerek formálásához használt adjuvánsok között is sokféle vegyületet találunk, fő típusaik az oldás- és felszívódás-fokozók. A nemionos felületaktív anyagok, etoxilált faggyúalkoholok/-aminok (AEO/ANEO) jellegzetes képviselők. Az állatgyógyászati és növényvédőszer-formázó felületaktív anyagok közvetlen diszperzió vagy szennyvíz/-iszap útján jutnak a környezetbe: AEO homológok 710 ng/l átlagkoncentráción (61-189 ng/l) jelennek meg a talajvízben.
A felületaktív anyagok elvileg inaktív összetevők, mégis gyakran fejtenek ki a hatóanyagéval szinergens biológiai hatást. A toxikológia a kombinációs hatásokat kevéssé tárta fel. Projektünk ezek feltárását célozza víztoxicitási (elsősorban alga-, emellett gerinctelen- és gerincestesztekben), valamint a molekuláris toxikológiában kifejlesztett speciális eljárásokban (fedőhám-, idegi és más szöveti, illetve őssejt- és tumoros eredetű sejtvonalak a membránpermeabilitás, apoptózis, ösztrogénhatás, a retinsav-útvonal zavarai miatti in vitro és in vivo (morfológiai) elváltozások viszgálatára). A hatásokat a felületaktív anyagok és lebomlásuk (bio)analitikai elemzésével is összevetjük. Az eredmények elősegítik a mezőgazdaságban széles körben alkalmazott felületaktív anyagok elővigyázatos újraértékelését.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A felületaktív anyagok szabadföldi alkalmazása után bekövetkező környezeti sorsáról kevés adat áll rendelkezésre, bár számos kedvezőtlen hatásukra derült fény. A nonil-fenol-etoxilátokról (NPE) enyhe vagy közepes ösztrogénhatást mutattak ki, a kókuszolaj-dietanolamin pedig az IARC besorolás szerint “2B” karcinogén, vagyis emberen lehetséges rákkeltő. Az USA Környezetvédelmi Hivatala (EPA) a biológiailag inert felületaktív anyagot (POEA) halakon toxikusabbnak osztályozta a vele alkalmazott aktív hatóanyagnál (glyphosate). A POEA megváltoztatja a sejtmembrán áteresztőképességét, s így erősítheti a biológiailag aktív anyagok sejtapoptózisra és -nekrósisra gyakorolt hatását. Az érintett gyomirtó szerekkel kezelt területeken élő kétéltűfajokon az endogén retinoidaktivitásra is kiterjedő embriológiai felmérés során idegi és fejlődési zavarokat figyelek meg. Amint látható, számos felületaktív anyag befolyásolhatja a gerincesek egészségi állapotát, fetális fejlődését és hormonegyensúlyát, kivált vízi élőhelyeken. Hasonló adatok további - a mi kísérleteinkben is vizsgálni kívánt - felületaktív anyagok inert voltát is kétségbe vonják. Ennek feltárására in vivo (víztoxicitási) és in vitro (sejttoxicitási) rendszerekben vizsgáljuk egy takarmányemulgeáló szer, egy detergens, valamint bizonyos állatgyógyászati és növényvédőszer-adjuvánsok mezőgazdasági eredetű, gyakori vízszennyező hatóanyagokéval kombinált hatásait.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A toxikológiai kutatásokban az egyedi toxicitás általában jól kézben tartott, azonban a kombinációk hatásainak vizsgálata komoly nehézséget jelent, hiszen sok esetben az antagonizáló, az additív és a szinergizáló hatások nagyon is más toxikológiai profilt eredményeznek. Számtalan esetet ismerünk, amikor a hatóanyag és az adjuváns önmagukban nem mutatnak jelentős mellékhatást, a belőlük készült készítmény viszont ettől eltérően kifejezett hatású. Sokszor derült fény a gyártási szennyezettség szerepére (lásd például az AGENT ORANGE ügyét a Vietnámi Háború idején). Míg készítményeknél az aktív hatóanyagra való információk jól követhetők, addig a készítmények formázását gyártói szabadalmak védik. Ezekben közös, hogy az erre a célra felhasznált anyagokat hatás nélkülinek deklarálják. Vizsgálataink erre a nemzetközi viszonylatban is kurrens toxikológiai területre kíván belépni. Mindehhez a molekuláris és sejtbiológia új eredményeit kívánjuk használni, amelyet nemzetközi szempontból is versenyképesnek gondolunk. Hazai viszonylatban, a Skandináv országokban jelentősen támogatott környezet-egészségügyi vizsgálatok alapjait szeretnénk megteremteni. A pályázat nagy értékének gondoljuk, hogy benne a hazai takarmány-/élelmiszer-biztonsági terület a környezetanalitika és az ökotoxikológia eszköztárán keresztül az állatorvosi/orvosi szakterülettel találkozik, azaz eddig elkülönülten dolgozó tudományos kapacitások együttműködését oldjuk meg, ami távlati szempontból is nagyon fontos. Rendkívül fontos kérdés megválaszolására vállalkozunk, amikor a felszíni- és ivóvízkincs szennyezésének biológiai hatását tárjuk fel, hiszen itt a krónikus kitettség állapota lassan kialakuló egészségügyi károsodásokhoz vezet.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A világ össztermelése felületaktív anyagokból évi mintegy 15 megatonna. A mezőgazdaságban használt felületaktív anyagok között állatgyógyászati fertőzésgátló és fertőtlenítő szerekként, takarmányadalékokként és növényvédő szerek formálásához használt adjuvánsokként sokféle vegyületet találunk. A növényvédőszer-formázó anyagok (fő típusaik az oldás- és felszívódás-fokozók) között a nemionos felületaktív anyagok jellegzetes képviselők. E vegyületek közvetlen kioldódás vagy vagy szennyvíz/-iszap útján jutnak a környezetbe, maradékaik egyes esetekben nagy koncentráción találhatók meg a talajvízben.
A toxikológia a kombinációs hatásokat kevéssé tárta fel. Lehetséges-e, hogy több felületaktív anyag szinergens hatást fejt ki vízszennyező vegyületekkel, pl. gyomirtószer-hatóanyagokkal? Projektünk ilyen hatások feltárását célozza víztoxicitási (elsősorban alga-, emellett gerinctelen- és gerincestesztekben), valamint a molekuláris toxikológiában kifejlesztett speciális eljárásokban (állati/emberi sejtvonalakon). Az eredmények elősegítik a mezőgazdaságban széles körben alkalmazott felületaktív anyagok elővigyázatos újraértékelését.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The world production of surfactants is nearly 15 Mton/year. Veterinary surfactants include feed additives, e.g. dioctyl sodium sulfosuccinate, as well as cleansers, antiseptics and disinfectants. Main representatives of this group are cationic tensides, benzalkonium chloride and benzoxonium chloride, with antibacterial and antiviral activity, although emergence of bacterial resistance has been reported. Adjuvants for pesticide formulations constitute a broad range of substances with solubilizers and adsorption enhancers as the major types. Nonionic surfactants, fatty alcohol/amine ethoxylates (AEOs/ANEOs) are typical examples of pesticide adjuvants. Both veterinary and pesticide formulation surfactants enter the environment either by direct dispersion or by sewage waters or sludge: AEO concentrations in groundwater were found to be 710 ng/l (61-189 ng/l for 6 AEO homologs).
Surfactants are supposed to be inert additives, yet commonly exert biological activity, often synergistic with active substances. Combination effects are not well studied in toxicology. The project aims to identify such effects by water toxicity tests (algae as mean targets, invertebrate and vertebrate tests) and special assays developed in molecular toxicology (cell lines of epithelial, neural and other tissues, as well as stem cells and tumor cells for membrane permeability, apoptosis, estrogenic activity, in vitro and in vivo (morphological) changes due to disturbances of the retinoic acid pathway). Effects will be correlated with (bio)chemical analysis of the surfactants and their decomposition. Results will facilitate environmentally precautious revision on surfactants widely used in agriculture.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Little is known about the environmental fate of adjuvants after application on agricultural land, although the adverse effects are numerous. Nonylphenol ethoxylates (NPEs) have been found to exert mild to medium estrogenic function. Cocamide diethanolamine (coconut oil DEA) is an IARC “2B” carcinogen, which identifies this chemical as possibly carcinogenic to humans. The US Environmental Protection Agency (EPA) found that a biologically inert surfactant (POEA) is more toxic to fish than the active ingredient it is applied with (glyphosate). POEA modifies cell permeability and may amplify the effect of biologically active substances through cell apoptosis and necrosis. Neural defects and craniofacial malformations were found in regions where corresponding herbicides were used in a survey on embryologic effects (including endogenous retinoid activity) on amphibian species. As indicated, several surfactants can influence animal health, embryonic development and further hormonal balance in vertebrates, especially in aquatic environments. The inertness of other surfactants – chosen as materials used in our experiments – has been also questioned. To assess this, a feed emulsifier, a laundry detergent and certain veterinary and pesticide adjuvants will be studied in in vivo (water toxicity) and in vitro (cellular effects) systems for their combined activities with frequent water polluting active ingredients originated from agriculture.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Individual toxicity is usually well-revealed in toxicology studies, while assessing the effects of substance combinations is severely problematic, as antagonizing, additive and synergistic effects often result in altered toxicological profiles. Numerous cases are known, when an active ingredient and an adjuvant do not show significant side-effects themselves, but their finished preparation, on the contrary, is of pronounced effect. Such role of production contamination is often identified (e.g. the case of AGENT ORANGE in the Vietnam War). While information on the active ingredients of given preparations is readily available, the formulation technology of these preparations is concealed by manufacturers’ copyright protection. A common feature of these protocols that formulation components are delcared inert. Our study aims to enter this field of toxicology, highly current at an international comparison. For this purpose, novel results of molecular and cell biology, we consider internationally competitive, are intended to be used. Through this approach, the foundations of the environmental health studies, substantially funded in the Scandinavian countries, are wished to be established. We consider it a great value of the project that the area of national feed and food safety, through the tools of environmental analysis and ecotoxicology, meets veterinary and medical sciences in it, by arranging cooperation of research capacities operating separately. Such cooperation is of outstanding importance in a long-range perspective as well. The exploration of the biological activity of the contaminants of our surface and drinking water assets provides answers to a question of utmost importance, as chronic exposure to these contaminants results in slowly emerging health damages.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
The world production of surfactants is estimated at 15 Mton/year. Main representatives of this group in agriculture include veterinary antiseptics and disinfectants, feed additives and pesticide formulation adjuvants, constitute a broad range of substances. Among pesticide formulation agents, of which solubilizers and adsorption enhancers are the major types, nonionic surfactants are most common. These chemicals enter the environment either by direct dispersion or by sewage waters or sludge. Surfactants were found in some cases at high concentrations in groundwater.
Combination effects are not well studied in toxicology. May several surfactants exert synergistic effects in combination in water pollution agents as herbicides? The project attempts to find answers in water toxicity tests (alga as mean targets, invertebrates and vertebrates as side targets), and using special assays developed in molecular toxicology (animal and human cell line studies). Results will facilitate environmentally precautious revision on surfactants widely used in agriculture.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
