De kwaliteit van het openbare water heeft de afgelopen jaren veel aandacht gekregen, omdat er enkele verontrustende ontdekkingen zijn gedaan met betrekking tot loodniveaus in steden in het hele land. Nutsvoorzieningen, een nieuwe studie van de Johns Hopkins University lokaliseert andere chemicaliën in water die de moeite waard zijn om aandacht aan te besteden - en in feite, sommigen van hen kunnen worden gemaakt, ironisch, tijdens het waterbehandelingsproces zelf.

Om water te ontdoen van verbindingen waarvan bekend is dat ze giftig zijn, waterzuiveringsinstallaties gebruiken nu vaak methoden om ze te oxideren, ze in andere veranderen, vermoedelijk minder schadelijke chemicaliën die 'transformatieproducten' worden genoemd. Hoewel eerdere studies hebben gekeken naar de bijproducten van waterbehandelingsprocessen zoals chlorering, er is niet zo veel bekend over de producten die zijn gevormd tijdens sommige van de nieuwere processen, zoals oxidatie met waterstofperoxide en UV-licht, die met name relevant zijn bij hergebruik van water.

"Typisch, we beschouwen deze transformatieproducten als minder giftig, maar onze studie laat zien dat dit niet altijd het geval is, " zegt hoofdauteur Carsten Prasse, assistent-professor bij de afdeling Environmental Health and Engineering aan de Johns Hopkins Whiting School of Engineering en de Bloomberg School of Public Health van de universiteit. "Onze resultaten laten zien dat dit slechts de helft van het verhaal is en dat transformatieproducten een zeer belangrijke rol kunnen spelen als we nadenken over de kwaliteit van het behandelde water."

Pras, samen met collega's van de Universiteit van Californië, Berkeley, koos ervoor om naar fenolen te kijken, een klasse van organische chemicaliën die tot de meest voorkomende in de watervoorziening behoren, omdat ze in alles aanwezig zijn, van kleurstoffen tot producten voor persoonlijke verzorging tot farmaceutische producten tot pesticiden en in chemicaliën die van nature in water voorkomen.

Om te bepalen in welke verbindingen de fenolen tijdens de behandeling worden omgezet, het team, waarvan de resultaten zijn gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Sciences , eerste geoxideerde fenolen met behulp van peroxideradicalen, een proces dat vaak wordt gebruikt door waterzuiveringsinstallaties. Volgende, ze leenden een slimme methode uit de biogeneeskunde:ze voegden aminozuren en eiwitten toe aan de mix. Afhankelijk van welke chemische reacties plaatsvonden, Prasse en zijn team zouden wat achterwaartse berekeningen kunnen doen om te bepalen in welke verbindingen de fenolen in de eerdere stap moeten zijn veranderd.

Ze ontdekten dat de fenolen werden omgezet in producten zoals 2-buteen-1, 4-wijzerplaten, een verbinding waarvan bekend is dat deze negatieve effecten heeft, inclusief DNA-schade, op menselijke cellen. interessant, furaan, een giftige stof in sigarettenrook en auto-uitlaatgassen, wordt ook omgezet in 2-buteen-1, 4-wijzerplaat in de body, en het kan deze conversie zijn die verantwoordelijk is voor de toxiciteit.

Om de specifieke effecten van 2-buteen-1 te testen, 4-wijzerplaat op biologische processen vollediger, het team stelde de verbinding bloot aan levereiwitten van muizen. Ze ontdekten dat het 37 verschillende eiwitdoelen beïnvloedde, die betrokken zijn bij een reeks biologische processen, van energiemetabolisme tot eiwit- en steroïdesynthese.

Een enzym dat 2-buteen-1, 4-Dial bleek te binden is van cruciaal belang bij apoptose, of 'celzelfmoord'. Het remmen van deze verbinding in een levend organisme kan leiden tot ongecontroleerde celproliferatie, of kankergroei. En andere verbindingen die 2-buteen-1, 4-Dial interfereert met spelen een sleutelrol in het metabolisme. "Er zijn veel potentiële gezondheidsresultaten, zoals obesitas en diabetes, ", zegt Prasse. "Er is een bekend verband tussen blootstelling aan pesticiden en obesitas, en studies zoals de onze kunnen helpen verklaren waarom dit zo is."

De resultaten zijn opwindend omdat dit de eerste keer is dat deze methoden zijn toegepast op waterbehandeling, zegt Pras. Op tijd, ze kunnen worden uitgebreid om te screenen op andere soorten verbindingen dan fenolen.

Waterzuivering is buitengewoon uitdagend, omdat verontreinigingen uit zoveel verschillende bronnen komen:bacteriën, planten, landbouw, afvalwater - en het is niet altijd duidelijk wat er in het proces wordt gegenereerd. "We zijn erg goed in het ontwikkelen van methoden om chemicaliën te verwijderen", zegt Prasse. "Als de chemische stof eenmaal verdwenen is, het werk - zo lijkt het - is gedaan, maar in feite weten we niet altijd wat verwijdering van de chemische stof betekent:verandert het in iets anders? is dat transformatieproduct schadelijk?"

Prasse en zijn team wijzen erop dat tegen het jaar 2050, naar schatting zal tweederde van de wereldbevolking leven in gebieden die afhankelijk zijn van drinkwater dat de afvoer van boerderijen en afvalwater van steden en fabrieken bevat. Veilige en effectieve zuiveringsmethoden worden de komende jaren dus nog belangrijker.

"De volgende stappen zijn om te onderzoeken hoe deze methode kan worden toegepast op complexere monsters en om andere verontreinigingen te bestuderen die waarschijnlijk zullen resulteren in de vorming van vergelijkbare reactieve transformatieproducten, " zegt Prasse. "Hier hebben we gekeken naar fenolen. Maar we gebruiken huishoudelijke producten die zo'n 80, 000 verschillende chemicaliën, en veel hiervan komen in het afvalwater terecht. We moeten op meerdere chemicaliën tegelijk kunnen screenen. Dat is het grotere doel."