Ökotoksikoloogilise testimise üldpõhimõtted
Looduses võib eristada kahte põhilist elupaiga tüüpi: veekeskkond ja maismaa. Neile mõlemale on iseloomulik sarnane organismide tasemeline jaotus. Mõlema ökosüsteemi aineringes on tähtis koht süsinikuringe initsiaatoritel (autotroofsed organismid: osa baktereid ja enamik taimi), kes suudavad anorgaanilistest süsinikuühenditest valmistada orgaanilisi aineid, mida seejärel heterotroofid nii keerukamaks kui ka lihtsamaks muundavad. Surnud heterotroofsed ja autotroofsed organismid muundatakse lagundavate organismide elukäigus tagasi mineraalaineiks, veeks jt aineteks, mida taaskord kasutavad nii autotroofid kui ka heterotroofid oma elutegevuses. Ökosüsteemide aineringete tasemed:
- Primaarproduktsioon (fotosüntees);
- sekundaarproduktsioon (primaarproduktsiooni saaduste muundamine keerukamateks ühenditeks);
- lagundamine (toitainete uuesti ringlusesse laskmine).
Primaarproduktsioon ehk algtoodang on orgaaniliste ühendite valmistamine CO2 kaasabil läbi foto- või kemosünteesi. Sellel põhineb kogu elusloodus. Primaarproduktsiooni viivad läbi tootjad ehk autotroofid, kes panevad toiduahelale aluse. Enamikus on need maismaataimed ja veekeskkonnas elavad vetikad.
Sekundaarproduktsioon ehk teistoodang on toiduahela teise astme organismide talletatud energiahulk. Sekundaarprodutsendid on tavaliselt taimedest ja vetikaist toituvad loomad.
Ökotoksikoloogilistes testides kasutatakse ökosüsteemide toimimise põhimõtteid, et hinnata kemikaalide mõju keskkonnale ja seal leiduvatele ökosüsteemidele. Eri kemikaalidel on organismidele erinevad toimemehhanismid ja ka organismide tundlikkus on sellest tulenevalt erinev. Et välja selgitada, milline ökosüsteemi tase konkreetse kemikaali puhul kõige tundlikumaks osutub, testitakse tavaliselt vähemalt kolme taset.
Nende testidega hinnatakse mõjusid nii üksikorganismidele (liikidele) kui ka süsteemidele.
Ökotoksikoloogilistes testides modelleeritakse jäljendatakse ökosüsteeme kasutades erinevate troofilisusetasemete tasemeid organismekasutades. Selliseid mudelsüsteeme nimetatakse nn testpatareideks. Tüüpilise testsüsteemi näide :
- bakterid ja algloomad konsumendid (tuntumad testorganismid Vibrio fischeri, Daphnia magna);
- vetikad ja taimed (Selenastrum capricornutum, Lemna minor);
- kõrgemad organismid (sebrakala (Danio rerio), vihmaussid, kõrgemate taimede juuretestid, rakukultuuritestid).
Tulemuste võrreldavuse tagamiseks on toksikoloogiliste testide paljud meetodid standarditud. Näitena on tabelis 7 esitatud standard EVS-EN 14735:2005 (Characterization of waste – Preparation of waste samples for ecotoxicity tests), kus on toodud eri tasemete standardtestide soovituslik valik. Neis testides on kasutatud veeorganisme, kuna prügi ohutuse hindamiseks kontrollitakse leostuvaid aineid, et näha, millised ained kõige suurema tõenäosusega liikuma pääsevad ning millised on nõrgvee mõjud keskkonnale.
Tabel 7 Ökotoksikoloogilised analüüsimeetodid jäätmete toksilisuse määramiseks Organism/ test Standard Eestis üle võetud Vesikirpude (Daphnia magna) liikuvuse inhibeerimise test (24h, 48h) EN ISO 6341 OECD 202 EVS-EN ISO 6341 Luminestseeruva bakteri (Vibrio fischeri) test (15 ja 30 minutit) EN ISO 11348 -3 EN ISO 11348-3 Mageveevetikate (Pseudokirchinella subscapitata) kasvu inhibeerimise test (72 h) OECD 201; ISO 8692 EVS-ISO 8692 Veetaimede (Lemna minor) kasvu inhibitsiooni test (7 päeva) OECD 211; ISO 20079 EVS-EN ISO 20079 Mageveekalade (sebrakala Danio rerio) test (96 h) ISO 7346; OECD 203 EVS-ISO 7346-1
Mõõdetavateks kriteeriumideks ökotoksikoloogilistes testides on:
- surevus (LC50);
- mõju (hinnatakse värvust, suurust või teisi visuaalseid omadusi);
- järglaste arv;
- mutageensus jne.
Paljusid neid hinnatavaid kriteeriume võib võtta ka kui biomarkereid. Biomarkerid on bioloogilised muutused organismis, mille on esile kutsunud toksilised ained. (linkida Randeli alapealkirjale Biomarkerid)
LC50 on standardne viis märkida aine mürgisust sellega kokkupuutel. LC50 on akronüüm väljendist “Lethal concentration, 50%” (letaalne, surmav kontsentratsioon, 50%). Sellega märgitakse minimaalset aine kontsentratsiooni õhus või vees, mis on surmav pooltele isenditele testpopulatsioonist. Toksikoloogilistes testide määratavad olulised parameetrid(linkida Karini alapealkirjale)on täpsemalt käsitletud peatükis Karin.
Aine toime organismile sõltub kontsentratsioonist ja selleks, et hinnata nii koheseid kui ka pikaajalisi mõjusid, testitakse eraldi akuutset ja kroonilist toksilisust.
Nagu näha tabelist 7 on testide kestus erinev. Tabelis toodud testide ajaline erinevus on tingitud organismide erinevustest ja nende loomulikust kasvukiirusest. Kõik esitatud testid on akuutse toksilisuse testimiseks.
Akuutse toksilisuse testimisel hinnatakse aine kohest mõju organismidele antud kontsentratsioonil. Krooniliste efektide hindamiseks kasutatakse tavaliselt madalamaid kontsentratsioone (et vältida akuutset efekti) ja hinnatakse pikemaajalisi mõjusid organismidele. Paljudel juhtudel on ka väikesed pidevalt lisanduvad saasteainete kontsentratsioonid organismidele ohtlikud. Krooniline toksilisus on oluline just keskkonna maatriksites, kuna seal on harva väga kõrgeid saasteainete kontsentratsioone, samas kui lahjenenult leidub seal palju segusid.
Järjest enam tekivad testimisel elusorganismide kasutamise eetilised probleemid. Tänapäeva tehnika ja teaduse areng võimaldab juba paljusid mõjusid testida ka raku- ja koekultuuri tasemel (nt EROD test). Nendes testides ei ole vaja mürgitada terveid organisme, et teada saada kemikaalide mõju. Ainete toksilisuse mehhanismid on seda tüüpi testides samuti paremini kindlaks tehtavad. Uute arvutusmeetodite abil on kemikaali füüsikaliste ja keemiliste omaduste põhjal testimata võimalik ennustada, milliseid mõjusid kemikaal organismidele avaldab. Kemikaalide mõju inimese tervisele käsitletakse peatükis Hubert: Toksiliste ainete mõju inimesele.(linkida) ja organismidele üldisemalt peatükis Karin Kemikaalide toimed organismile (linkida Karini alapealkirjale). Selliseid arvutusmeetodeid on võimalik kasutada ainult puhaste ainete puhul. Keskkonnaproovidele ei saa neid rakendada keerukate maatriksite ja keskkonnas leiduvate tundmatute segude tõttu.
