Zinātnes Vēstnesis

NOTEKŪDENS PARAUGI SATUR DATUS NE TIKAI PAR IEDZĪVOTĀJU PARADUMIEM// "Zinātnes Vēstnesis"

Foto: BIOR arhīvs. Foto: BIOR arhīvs.

Visus šos pielietojumus vieno raksturīga iezīme – cilvēka metabolisma gaitā izdalās molekulas, kas raksturo veselības stāvokli vai nosaka ķīmisko savienojumu (narkotisko vielu un alkohola klātbūtni, smēķēšanu vai antibiotiku lietošanu) lietošanu. Šīs vielas ar urīnu vai fekālijām nonāk notekūdens attīrīšanas sistēmā. Paņemot paraugus, varam detektēt vielas pat ārkārtīgi nelielā koncentrācijā. […] Parasti mūs interesē nevis atšķirības starp pilsētām, bet gan sezonālās izmaiņas, tas, kā mainās alkohola vai pretsāpju līdzekļu patēriņš atkarībā no dienas, nedēļas. Piemēram, ja alkohola patēriņš ir lielāks brīvdienās, vai pirmdien redzēsim lielāku pretsāpju līdzekļu koncentrāciju notekūdens sistēmā? Hipotēze varētu būt diezgan loģiska. […] mūsu pieeja, ņemot notekūdens paraugus un veicot to analīzi, ir krietni vieglāka nekā tūkstošu cilvēku aptaujāšana. Zināmā mērā tā sniedz arī neatkarīgu novērtējumu, kas nav saistīts ar respondenta vēlmi atbildēt vai uzlabot realitāti. […] Ir dažādas farmaceitisko preparātu klases, piemēram, pretsāpju līdzekļi, preparāti, kas samazina asins spiedienu, samazinot lipīdu koncentrāciju – beta blokatori, antibiotikas, antidepresanti. Šo vielu koncentrācijas vidējā vērtība un novērotais diapazons notekūdens paraugos ļauj novērtēt veselības stāvokli vai farmaceitisko preparātu lietošanas ieradumus Latvijā.[…] Vēl viens pielietojums notekūdens epidemioloģijai – šo informāciju var izmantot kā signālu, kas liecina par kādu slimību vai epidēmijas sākšanos. Veicot antibiotiku, pretsāpju līdzekļu vai pretvīrusu preparātu monitoringu, redzam sezonai raksturīgo vidējo līmeni, līdz pēkšņi koncentrācija notekūdens paraugos pieaug par 20–30% vai 40–50%. Tās ir norādes veselības aizsardzības speciālistiem, ka tuvojas populācijas veselības problēmas un jāmeklē to iemesls. Šādas sistēmas ieviešana nākotnē varētu būt ļoti noderīga, jo tā nav īpaši dārga. […] Tautas skaitīšana ir procedūra, kuru valsts varētu atļauties izdarīt varbūt reizi 5 vai 10 gados, jo šis process tomēr ir pietiekami dārgs. Notekūdens epidemioloģija spēj sniegt rezultātus par cilvēku skaitu ļoti ātri un ar mazākām izmaksām,” saka Pārtikas drošības, dzīvnieku veselības un vides zinātniskā institūta “BIOR” ķīmijas laboratorijas vadītājs Vadims Bartkevičs sarunā laikrakstam “Zinātnes Vēstnesis” par notekūdens paraugos iegūstamo informāciju.

Laikraksts "Zinātnes Vēstnesis" 6 (633), 2023. gada 26. jūnijs (PDF)

 

NOTEKŪDENS PARAUGI SATUR DATUS NE TIKAI PAR IEDZĪVOTĀJU PARADUMIEM

 

Gribētu sākt ar jautājumu par masspektroskopisko metodi un kā notiek vienas vielas atšķiršana no otras?

Būtībā tā ir metode, kas ļauj analizēt savienojumus, pamatojoties uz to masām. Atceroties no skolas, katram atomam un katrai molekulai ir sava molmasa. Mēs savās laboratorijās izmantojam hromatogrāfiju, kas ir savienota ar masspektrometriju. Pirms noteikšanas, visas vielas, kas ietilpst diezgan sarežģītā maisījumā, sadalām ar hromatogrāfiju. Bet pat pēc sadalīšanas šis maisījums bieži vien ir pārlieku komplicēts. Pēc tam, kad maisījumu (piemēram, ūdens paraugu) sadalām uz atsevišķām vielām, vielas ielido masspektrometrā. Lai vielas identificētu un noteiktu to daudzumu, pirms analīzēm nepieciešams tās jonizēt, lai katrai vielai būtu savs lādiņš – plusiņš vai mīnusiņš. Masspektrometrs ir iekārta, kas spēj pateikt un analizēt, kāda ir precīza masa konkrētam savienojumam. Tad atbilstoši masai spējam vielas identificēt.

Pieņemsim, sērskābei molekulas masa ir 98 Daltoni. Varētu teikt, ka molmasa ir molekulas raksturiezīme. Tāpat kā katram cilvēkam ir sava masa – dažs labs sver 70 kg, dažs – 120 kg. Ja masu spētu nomērīt precīzi (nevis 70 kg, bet 70,234 kg), tad zināmā mērā tas būtu rakstura lielums cilvēkam dotajā brīdī, bet molekulārā līmenī, tas būtu rakstura lielums pašai molekulai. Tādā veidā varam atšķirt vienu vielu no otras.

Kā jūs skaidrotu, kas ir notekūdeņu epidemioloģija un šo metodoloģiju pielieto?

Mūsdienās tā ir ļoti plaša metodoloģija, kas ietver vairākus virzienus. Sākotnēji šo pieeju izmantoja, lai pēc notekūdens sastāva pateiktu, cik cilvēku konkrētā pilsētā lieto narkotiskās vielas. Ņemot notekūdens paraugus, bija iespējams noteikt tur esošās neatļautās vielas un secināt, vai šīs pilsētas iedzīvotāji lieto narkotikas, tad aprēķināt aptuvenu to daudzumu un sekot izmaiņām narkotiku lietošanai laikā (skatīties, vai kādā datumā novērojams pieaugums).

Ar laiku metodoloģijas pielietojums ir krietni paplašinājies. Tagad, izmantojot notekūdens paraugus, varam noteikt, cik cilvēku lieto dažādus ārstnieciskos preparātus, antibiotikas, pretsāpju preparātus, kā arī apmēram cik cilvēku dzīvo konkrētā pilsētā, vai arī, kāds ir pilsētas iedzīvotāju lietotās pārtikas piesārņojums. Pēdējos gados, izmantojot notekūdens paraugus, nosakām cilvēku īpatsvaru, kas slimo ar kādu noteiktu vīrusu izraisīto slimību (piemēram, Covid-19).

Visus šos pielietojumus vieno raksturīga iezīme – cilvēka metabolisma gaitā izdalās molekulas, kas raksturo veselības stāvokli vai nosaka ķīmisko savienojumu (narkotisko vielu un alkohola klātbūtni, smēķēšanu vai antibiotiku lietošanu) lietošanu. Šīs vielas ar urīnu vai fekālijām nonāk notekūdens attīrīšanas sistēmā. Paņemot paraugus, varam detektēt vielas pat ārkārtīgi nelielā koncentrācijā.

Vienā no prezentācijām minējāt par biomarķieru saturu notekūdeņos, pēc kuriem var spriest par sabiedrības veselību kopumā, piemēram, kofeīna koncentrācija un kotinīna koncentrācija ļauj noteikt, cik daudz cilvēku smēķē. Savukārt etilsulfāta koncentrācija norāda uz alkohola patēriņu. Kādus secinājumus varam gūt no iegūtajiem datiem par situāciju Latvijā?

Atbildi varētu sākt ar biomarķieru definīciju. Piemēram, alkohols jeb etanols notekūdens attīrīšanas sistēmā var nonākt dažādos ceļos. Ja cilvēks ir dzēris alkoholu, tad etanols no organisma izdalās metabolisma ceļā. Taču alkoholisko dzērienu varam arī vienkārši izliet kanalizācijā. Tādējādi nebūtu korekti mērīt paša etanola koncentrāciju. Mūs interesē tieši tas, kas saistīts ar cilvēku, kā cilvēki lieto šo etanolu jeb alkoholu. Tāpēc mērījumiem izmanto nevis pašu etanolu, bet etilsulfātu. Cilvēka organisms pārstrādā etanolu un veidojas metabolīts, kas saucas etilsulfāts. Etilsulfāts veidojas tikai cilvēka organismā un tikai tad, ja cilvēks patērē alkoholu. Mērot etilsulfātu, varam ņemt vērā tikai to alkoholu, kas izgājis caur cilvēka organismu, un atšķirt no tā alkohola, kas izliets kanalizācijas sistēmā.

Kādi biomarķieri tiek izmantoti iedzīvotāju skaita aprēķiniem pilsētās?

Mums ir vairākas publikācijas par to, kur izmanto turpmāk minētās vielas, lai varētu aprēķināt cilvēku skaitu konkrētā pilsētā. Šie mērījumi dažādās pilsētās veikti 2022. gadā, gandrīz visu gadu. Šogad meklēsim korelācijas un to, kā šīs koncentrācijas saistītas un kura ir vislabākā viela, lai novērtētu cilvēku skaitu konkrētā pilsētā. Uzdevums bija izmēģināt dažādas vielas – kofeīnu, kotinīnu, pretsāpju līdzekļus ibuprofēnu un diklofenaku, kā arī savienojumu HIAA (hidroksilindoletiķskābe), kuru zinātnieki pašlaik uzskata par vislabāko biomarķieri, lai noteiktu cilvēku skaitu konkrētā pilsētā, jo no cilvēka organisma tas tiek izvadīts stabili un nemainīgā koncentrācijā.

Iepriekš jau tika pieminēts biomarķieris etilsulfāts. Tā piemēram jūsu iegūtajos datos redzams, ka visaugstākais rādītājs tam ir Salaspilī – 39,3. Vai tas būtu interpretējams, ka uz paraugu iegūšanas brīdi šajā pilsētā ir bijis augstāks alkohola patēriņš, salīdzinot ar pārējām pilsētām? Tāpat Salaspilī visaugstākais rādītājs (109) ir arī kofeīna biomarķierim.

Šos datus nevar tik vienkārši interpretēt, tiešā veidā rezultāti nav izmantojami – tos vajag pārrēķināt, ņemot vērā dažādus faktorus, jo notekūdens parametri ir diezgan dažādi. Iespējams bijis atšķirīgs ūdens apjoms vai kanalizācijā un notekūdens attīrīšanas sistēmā nonācis lietus ūdens, kas atšķaidījis etilsulfāta koncentrāciju. Lai šos faktorus labotu, vajadzīgs kāds biomarķieris, kas noņemtu šīs variācijas, kas saistītas ar to, ka notekūdens var būt vairāk koncentrēts vai vairāk atšķaidīts. Piemēram, datiem, kas laboti ar HIAA koncentrāciju vajadzētu būt nemainīgiem, jo mēs HIAA vielu neizmantojam un nepatērējam – HIAA vienkārši veidojas metabolisma procesā. Tas ir serotonīna metabolīts, kas izvadās no cilvēka organisma nemainīgā formā.

Pašlaik ir nedaudz par agru veikt secinājumus no šiem datiem. Tie ir tikai izejas mērīšanas rezultāti. Vēl, protams, jāņem vērā, ka katrai metodei piemīt kāda nenoteiktība, svārstības. Parasti tie ir 20–30%, kas raksturīgi pašai metodei, jo mērīšanas procesā nav iespējams panākt absolūto precizitāti. Tas iespaido mērījumus. Tikai ņemot vērā visus šos faktorus, varam veikt secinājumus par kādas vielas patēriņu. Parasti mūs interesē nevis atšķirības starp pilsētām, bet gan sezonālās izmaiņas, tas, kā mainās alkohola vai pretsāpju līdzekļu patēriņš atkarībā no dienas, nedēļas. Piemēram, ja alkohola patēriņš ir lielāks brīvdienās, vai pirmdien redzēsim lielāku pretsāpju līdzekļu koncentrāciju notekūdens sistēmā? Hipotēze varētu būt diezgan loģiska.

 Picture1

Avots: Fedorenko D., Pojava A., Prikulis A., Bartkevics V. (2023). Dilute-and-shoot approach for determination of several biomarkers and pharmaceuticals in wastewater using nanoflow liquid chromatography - Orbitrap mass spectrometry. https://doi.org/10.1002/jssc.202201002

Kādi ir šo datu trūkumi?

Šādu trūkumu ir diezgan daudz, taču, veicot izpēti, cenšamies visu atrisināt. Papildus varētu minēt arī tādu parametru kā – cik stabila šī viela ir notekūdens paraugos? Paraugi parasti tiek ņemti pirms pašas notekūdens attīrīšanas procesa. Paiet dažas stundas, kamēr notekūdens no kāda pilsētas dzīvokļa aiziet līdz notekūdens attīrīšanas sistēmai. Jautājums – cik stabili ir biomarķieri šajā laikā?

Vēl viens faktors ir unikālo metabolītu pieejamība. Piemēram, alkoholam ir biomarķieris etilsulfāts, bet diklofenakam šāda droša biomarķiera nav. Līdz ar to mērām pašu diklofenaku, kas notekūdeņos varētu nonākt no cilvēka organisma. Taču varbūt kāds iedzīvotājs tomēr izmeta šīs tabletes tualetes podā (ko, protams, nevajadzētu darīt!). Diemžēl šādu faktoru ir daudz. Bieži mums nav visam gatava risinājuma, bet tieši tāpēc mūsu darbs arī šķiet interesants, lai tiktu galā ar dažādiem izaicinājumiem.

Īstenojot pētījumu par biomarķieru koncentrācijas izmaiņām laikā secinājāt, ka alkohola patēriņš vislielākais ir brīvdienās. Tāpat arī redzams, ka augusta un novembra mēnešos šis līmenis būtiski neatšķiras. Kā tas būtu izskaidrojams?

Jā, alkohola patēriņš brīvdienās ir augstāks. Salīdzinot datus vasarā un rudenī, redzams, ka atšķirība nav būtiska. Tie ir vidējie rādītāji, tāpēc tos nevar pieņemt absolūti. Neskatoties uz to, secinājām, ka rudenī alkohola patēriņš tomēr ir zemāks. Vasarā tas iet leju – no vasaras sākuma uz vasaras beigām. Iespējami dažādi skaidrojumi, bet viens varētu būt, ka vasarā cilvēkiem ir vairāk, ko darīt. Viņi ir ārā, ir vairāk āra darbu un mazāk laika, lai uzmanību veltītu alkoholam.

Picture2

Avots: Tomsone, L. E., Perkons, I., Sukajeva, V., Neilands, R., Kokina, K., Bartkevics, V., & Pugajeva, I. (2022). Consumption trends of pharmaceuticals and psychoactive drugs in Latvia determined by the analysis of wastewater. Water research, 221, 118800, https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118800

Es gribētu pievērst uzmanību uz to, ka esam salīdzinājuši alkohola patēriņu, ko iegūstam no notekūdens analīzēm, ar citiem datiem (dažādas statistiskās aptaujas par alkohola pārdošanu un patēriņu). Šie rezultāti sakrīt. Ņemot vērā, ka anketēšana ir ilgstošs process, jo aptaujā ir vairāki cilvēki, pastāv nenoteiktība, jo dažreiz cilvēki negrib atzīties par saviem paradumiem. Savukārt mūsu pieeja, ņemot notekūdens paraugus un veicot to analīzi, ir krietni vieglāka nekā tūkstošu cilvēku aptaujāšana. Zināmā mērā tā sniedz arī neatkarīgu novērtējumu, kas nav saistīts ar respondenta vēlmi atbildēt vai uzlabot realitāti.

Kādus secinājumus iespējams izdarīt no iegūtajiem datiem par iedzīvotāju veselību?

Mēģināšu izstāstīt, kāds ir pielietojums šiem datiem. Ir dažādas farmaceitisko preparātu klases, piemēram, pretsāpju līdzekļi, preparāti, kas samazina asins spiedienu, samazinot lipīdu koncentrāciju – beta blokatori, antibiotikas, antidepresanti. Šo vielu koncentrācijas vidējā vērtība un novērotais diapazons notekūdens paraugos ļauj novērtēt veselības stāvokli vai farmaceitisko preparātu lietošanas ieradumus Latvijā. Primārais mērķis šiem pētījumiem bija iegūt salīdzinājumu ar citām valstīm, lai veiktu secinājumus. Piemēram, vai antibiotikas Latvijā izmanto vairāk nekā Lietuvā vai Francijā? Otrs mērķis – mums jāsaprot, kā mainās šo farmaceitisko preparātu lietošana atkarībā no sezonālā faktora vai pilsētas.

Vēl viens pielietojums notekūdens epidemioloģijai – šo informāciju var izmantot kā signālu, kas liecina par kādu slimību vai epidēmijas sākšanos. Veicot antibiotiku, pretsāpju līdzekļu vai pretvīrusu preparātu monitoringu, redzam sezonai raksturīgo vidējo līmeni, līdz pēkšņi koncentrācija notekūdens paraugos pieaug par 20–30% vai 40–50%. Tās ir norādes veselības aizsardzības speciālistiem, ka tuvojas populācijas veselības problēmas un jāmeklē to iemesls. Šādas sistēmas ieviešana nākotnē varētu būt ļoti noderīga, jo tā nav īpaši dārga.

Minējāt iepriekš, ka 5-HIAA ir viens no svarīgākajiem biomarķieriem, kurš ļauj aprēķināt iedzīvotāju skaitu konkrētā pilsētā. Cik precīzus rezultātus sniedz šie aprēķini? Vai šie dati varētu aizstāt tautas skaitīšanu?

Tautas skaitīšana ir procedūra, kuru valsts varētu atļauties izdarīt varbūt reizi 5 vai 10 gados, jo šis process tomēr ir pietiekami dārgs. Notekūdens epidemioloģija spēj sniegt rezultātus par cilvēku skaitu ļoti ātri un ar mazākām izmaksām. No sabiedrības veselības viedokļa svarīgi noskaidrot ne tikai to, cik cilvēku dzīvo, bet arī cik cilvēku konkrētā vietā ir no rīta vai pa dienu. Var būt situācija, ka tautas skaitīšanu kādā nelielā Pierīgas pilsētā veicam sestdien un svētdien, kad ir pietiekami liels cilvēku skaits, bet diezgan liela daļa iedzīvotāju strādā Rīgā. Tādējādi trešdien šis iedzīvotāju skaits būtu krietni mazāks. Statistikas pārvalde neatklās, kāda ir iedzīvotāju migrācija nedēļas vidū. To diezgan precīzi var parādīt tieši ar biomarķieru analīzi. Brīvdienās redzam vienu koncentrāciju uz 5-HIAA, kas ir serotonīna metabolīts, bet trešdienā redzam, ka tas ir par 30% zemāks. Varam secināt, ka nedēļas vidū, iespējams, kādi 30% cilvēku neatrodas šajā pilsētā, jo varbūt dzīvo Rīgā.

2017. gadā veicāt farmaceitisko preparātu satura mērījumus krāna ūdens paraugos un secinājāt, ka tajā ir atrodamas aktīvās vielas no medikamentiem. Kā tās nonāk krāna ūdenī?

Dažas vielas apkārtējā vidē ir pietiekami stabilas un pietiekami lielā koncentrācijā. Līdz ar to arī krāna ūdenī spējam noteikt medikamentu aktīvās vielas. Rīgā daļa krāna ūdens tiek paņemts no Daugavas. Protams, gan notekūdeņi, gan dzeramais ūdens tiek speciāli attīrīts un sagatavots. Neskatoties uz to, dažas vielas tāpat spēj pārciest šo attīrīšanas procesu un nonākt krāna ūdenī. Visu pilsētu, kas atrodas pirms Rīgas (Daugavpils, Jēkabpils), notekūdens (un līdz ar to arī iepriekšminētie preparāti) var nonākt Daugavas ūdenī. Īpaši tas saistīts ar nesteroīdiem pretiekaisuma līdzekļiem, tādiem preparātiem kā diklofenaks un ibuprofens, tomēr tās ir ļoti plaši lietotas cilvēku populācijā.

Esošās ūdens attīrīšanas iekārtas, effektīvi attīrot aptuveni tikai trešdaļu no farmaceitiskiem savienojumiem notekūdeņos, kas ir gaužām maz.

Tas tiešām ir maz. No mūsu pētījumiem secinām, ka notekūdens attīrīšanas sistēmu efektivitāti attiecībā uz ārstnieciskiem preparātiem vajadzētu uzlabot. Tam piekrīt arī zinātnieki. Eiropā jau tiek realizēti dažādi projekti, cenšoties to izdarīt. Ir dažādas elektroķīmiskas metodes, sorbcijas metodes.

Izmēģinot, kā efektīvāk attīrīt notekūdeņus no farmaceitiskiem savienojumiem, bijāt izdalījuši dažādas mikroorganismu kultūras, kas strādā efektīvāk. Kas tās ir par kultūrām? Ja pareizi saprotu, tad tobrīd vairāk specializējāties uz nesteroīdiem pretiekaisuma līdzekļiem.

Uz šo jautājumu diemžēl nevarēšu atbildēt ļoti precīzi, jo tieši šī daļa attiecībā uz dažādu mikroorganismu izdalīšanu un piemeklēšanu bija LU zinātnieces Dr. biol. Olgas Muteres pārziņā. Savukārt mēs nodrošinājām analīžu metodes. Kā jau minēju, pieejas ir ļoti daudzveidīgas. Viens ir piemeklēt tieši tos mikroorganismus, kuri vislabāk samazina farmaceitisko preparātu koncentrāciju. Ir arī dažādi fizikāli un ķīmiski procesi kā ozonēšana. Mēs pat izmēģinājām apstarošanu ar jonizējošo starojumu. Ir elektroķīmiskās metodes. Pašlaik pasaulē vēl notiek pētījumi, kā to izdarīt vislabāk. Taču iespējams, ka tā būtu dažādu metožu kombinācija – gan izdalīt mikroorganismus, kas vislabāk metabolizē savienojumus, gan izmantot dažādas opcijas un fizikālas apstrādes metodes.

Cilvēks nevar ietekmēt farmaceitisko savienojumu nonākšanu vidē metabolisko procesu ceļā. Taču tas, ko varam darīt, ir pareizi utilizēt medikamentus. Sākumā jau minējāt, ka par to būtu atkārtoti jāinformē un jāizglīto sabiedrība. Kā pareizi medikamenti jāutilizē, lai mazinātu vides piesārņojumu?

Paldies par jautājumu – šai ziņai jābūt precīzai un skaidrai. Iedzīvotājiem ir lūgums preparātus, kuriem beidzies derīguma termiņš vai kuri vairs nav vajadzīgi lietošanai, vienkārši nodot aptiekā. Tālāk aptieku pārziņā ir utilizēt šos preparātus, sadarbojoties ar kompānijām, kas specializējušās šajā jautājumā. Tos nekādā gadījumā nedrīkst noskalot tualetes podā, jo tad to nonākšana apkārtējā vidē ir ļoti strauja. Pieņemsim, ja mēs šādā veidā rīkojamies ar antibiotikām, tad apkārtējā vidē var attīstīties baktērijas un mikroorganismi, kas ir izturīgi pret šīm antibiotikām. Pat ja preparātu izmetīsim miskastē, nevar izslēgt to, ka tas nonāks apkārtējā vidē, jo tāpat notiek kāda emisija vai migrācija no atkritumu poligoniem. Šajā gadījumā nonākšana apkārtējā vidē nav tik ātra, bet tā notiek. Vienīgais pareizais ceļš ir savākt nevajadzīgos medikamentus un reizi gadā tos aiznest uz aptieku.

Laikrakstam “Zinātnes Vēstnesis”
sagatavoja Ilona Gehtmane-Hofmane

Lasīts 520 reizes
We use cookies
Informējam, ka šajā tīmekļa vietnē tiek izmantotas sīkdatnes (angļu val. "cookies")