Telkens wanneer organisch materiaal wordt verbrand, zoals bij een bosbrand, een elektriciteitscentrale, de uitlaat van een auto, of in de dagelijkse keuken, bij de verbranding komen polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK's) vrij - een klasse van verontreinigende stoffen waarvan bekend is dat ze longkanker veroorzaken.

Er zijn meer dan 100 bekende soorten PAK-verbindingen die dagelijks in de atmosfeer worden uitgestoten. regelgevers, echter, hebben historisch vertrouwd op metingen van een enkele verbinding, benzo(a)pyreen, om het risico van een gemeenschap op het ontwikkelen van kanker door blootstelling aan PAK te peilen. Nu hebben MIT-wetenschappers ontdekt dat benzo(a)pyreen een slechte indicator kan zijn van dit type kankerrisico.

In een modelstudie die vandaag in het tijdschrift verschijnt: GeoGezondheid, het team meldt dat benzo(a)pyreen een kleine rol speelt - ongeveer 11 procent - in het wereldwijde risico op het ontwikkelen van PAK-geassocieerde kanker. In plaats daarvan, 89 procent van dat kankerrisico komt van andere PAK-verbindingen, waarvan vele niet direct gereguleerd zijn.

interessant, ongeveer 17 procent van het PAK-geassocieerde kankerrisico komt van "afbraakproducten" - chemicaliën die worden gevormd wanneer uitgestoten PAK's in de atmosfeer reageren. Veel van deze afbraakproducten kunnen namelijk giftiger zijn dan de uitgestoten PAK waaruit ze zijn gevormd.

Het team hoopt dat de resultaten wetenschappers en regelgevers zullen aanmoedigen om verder te kijken dan benzo(a)pyreen, om een ​​bredere klasse van PAK's in overweging te nemen bij het beoordelen van het kankerrisico van een gemeenschap.

"De meeste regelgevende wetenschap en normen voor PAK's zijn gebaseerd op benzo(a)pyreenniveaus. Maar dat is een grote blinde vlek die je op een heel verkeerd pad kan leiden als het gaat om het beoordelen of het kankerrisico verbetert of niet, en of het op de ene plaats relatief slechter is dan op de andere, " zegt studie auteur Noelle Selin, een professor in MIT's Institute for Data, Systemen en Maatschappij, en het ministerie van Aarde, Atmosferische en planetaire wetenschappen.

Selins MIT co-auteurs zijn onder andere Jesse Kroll, Amy Hrdina, Ishwar Kohale, bos wit, en Bevin Engelward, en Jamie Kelly (die nu aan het University College London zit). Peter Ivatt en Mathew Evans van de Universiteit van York zijn ook co-auteurs.

Chemische pixels

Benzo(a)pyreen is van oudsher de belangrijkste chemische stof voor blootstelling aan PAK's. De indicatorstatus van de verbinding is grotendeels gebaseerd op vroege toxicologische studies. Maar recent onderzoek suggereert dat de chemische stof misschien niet de PAK-vertegenwoordiger is waar regelgevers al lang op vertrouwen.

"Er is een beetje bewijs dat suggereert dat benzo(a)pyreen misschien niet erg belangrijk is, maar dit was slechts uit een paar veldstudies, " zegt Kelly, een voormalig postdoc in de groep van Selin en de hoofdauteur van de studie.

Kelly en zijn collega's kozen in plaats daarvan voor een systematische benadering om de geschiktheid van benzo(a)pyreen als PAK-indicator te evalueren. Het team begon met GEOS-Chem, een globale, driedimensionaal chemisch transportmodel dat de wereld opdeelt in individuele rasterboxen en binnen elke box de reacties en concentraties van chemicaliën in de atmosfeer simuleert.

Ze breidden dit model uit met chemische beschrijvingen van hoe verschillende PAK-verbindingen, inclusief benzo(a)pyreen, in de atmosfeer zou reageren. Het team heeft vervolgens recente gegevens van emissie-inventarissen en meteorologische waarnemingen ingevoerd, en leidde het model naar voren om de concentraties van verschillende PAK-chemicaliën over de hele wereld in de loop van de tijd te simuleren.

Riskante reacties

In hun simulaties de onderzoekers begonnen met 16 relatief goed bestudeerde PAK-chemicaliën, inclusief benzo(a)pyreen, en de concentraties van deze chemicaliën getraceerd, plus de concentratie van hun afbraakproducten over twee generaties, of chemische transformaties. In totaal, het team evalueerde 48 PAK-soorten.

Vervolgens vergeleken ze deze concentraties met de werkelijke concentraties van dezelfde chemicaliën, geregistreerd door meetstations over de hele wereld. Deze vergelijking was dicht genoeg om aan te tonen dat de concentratievoorspellingen van het model realistisch waren.

Vervolgens binnen de rasterdoos van elk model, de onderzoekers brachten de concentratie van elke PAK-stof in verband met het bijbehorende kankerrisico; om dit te doen, ze moesten een nieuwe methode ontwikkelen op basis van eerdere studies in de literatuur om dubbeltellingen van de verschillende chemicaliën te voorkomen. Eindelijk, ze overlapten bevolkingsdichtheidskaarten om het aantal kankergevallen wereldwijd te voorspellen, op basis van de concentratie en toxiciteit van een specifieke PAK-stof op elke locatie.

Door de kankergevallen te verdelen over de bevolking, werd het kankerrisico dat met die chemische stof gepaard ging, voortgebracht. Op deze manier, het team berekende het kankerrisico voor elk van de 48 verbindingen, vervolgens de individuele bijdrage van elke chemische stof aan het totale risico bepaald.

Uit deze analyse bleek dat benzo(a)pyreen een verrassend kleine bijdrage had, van ongeveer 11 procent, tot het algehele risico op het ontwikkelen van kanker door blootstelling aan PAK wereldwijd. Negenentachtig procent van het kankerrisico kwam van andere chemicaliën. En 17 procent van dit risico kwam voort uit afbraakproducten.

"We zien plekken waar de concentraties benzo(a)pyreen lager zijn, maar het risico is groter vanwege deze afbraakproducten, Selin zegt. "Deze producten kunnen orden van grootte giftiger zijn, dus het feit dat ze in kleine concentraties zijn, betekent niet dat je ze kunt afschrijven."

Toen de onderzoekers berekende PAK-geassocieerde kankerrisico's over de hele wereld vergeleken, ze vonden significante verschillen, afhankelijk van het feit of die risicoberekening uitsluitend was gebaseerd op concentraties van benzo(a)pyreen of op de bredere mix van PAK-verbindingen in een regio.

"Als je de oude methode gebruikt, je zou ontdekken dat het levenslange kankerrisico 3,5 keer hoger is in Hong Kong dan in Zuid-India, maar rekening houdend met de verschillen in PAK-mengsels, je krijgt een verschil van 12 keer, "zegt Kelly. "Dus, er is een groot verschil in het relatieve kankerrisico tussen de twee plaatsen. En we denken dat het belangrijk is om de groep verbindingen waar regelgevers aan denken uit te breiden, dan slechts een enkele chemische stof."

De studie van het team "levert een uitstekende bijdrage aan een beter begrip van deze alomtegenwoordige verontreinigende stoffen, " zegt Elisabeth Galarneau, een luchtkwaliteitsdeskundige en Ph.D. onderzoekswetenschapper bij het Canadese ministerie van Milieu. "Het zal interessant zijn om te zien hoe deze resultaten zich verhouden tot werk dat elders wordt gedaan ... om vast te stellen welke (verbindingen) moeten worden gevolgd en overwogen voor de bescherming van de gezondheid van mens en milieu."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.