SOILEFFECT Utveckling av bioreporter-baserad mätning och riskbedömning av giftiga kemikalier i förorenade områden Effektbaserad riskbedömning av förorenade områden Ekosystem Hälsa Grundvatten Livsmedel 6.1 Mkr

Målet med SOILEFFECT: Genom samproduktion mellan företag och forskare utveckla ett användbart system för effektbaserad kartläggning och riskbedömning av förorenade områden.

Samproduktion! “The goal of the collaborative process is to develop shared knowledge and understanding in the project team of a) the needs of the environmental consultants during risk assessment of contaminated areas and related projects and b) the sampling methods, bioreporter methods and their capacities.”

Varför effektbaserade bioanalytiska metoder? Total mechanism specific effect of all chemicals presented in the sample. No specific standards are needed Interactions detected Which chemicals are responsible for the response in the bioassay? ? Chemical analysisBioanalytical systems Pre-selected chemicals detected and quantified No interactions detected

Bioanalytiska metoder Kan upptäcka effekter av kemikalier som kemisk analys inte letar efter/inte kan analysera Kan uppskatta sammanlagda risker med komplicerade kemikalieblandningar, kan detektera ”cocktaileffekter”

Exempel på ett in vitro effektbaserad bioanalytiskt test: H4IIE assay Rat hepatoma cell line stably transfected with a luciferase reporter gene Mechanism specific and detects all compounds that bind and activate the Ah-receptor Dioxins, PCBs, PAHs... Can be used in combination with chemical analysis (mass balance analysis)  how much of the effect can be explained by the analysed compounds? Generates bioassay-derived TEQs (bio-TEQs)

Behnisch et al, 2001, 27(5) , Environment International

Risk assessment Quantitative health risk assessment (TEQ approach) Relative ecological risk assessment Bioreporter systems Dioxin-like chemicals (TEQs) Endocrine disruptors (EEQs etc) Mutagenic compounds Metals Site survey Soil (plastic strips, hydrophilic samplers) Soil (total toxicants) Soil dust Soil gas phase

Relative ecological risk assessment ? BTR TOXIC RANGE Individual sample toxicity OK Not OK Background soil toxicity database Contaminated soil toxicity database BTR enables a relative risk assessment approach. The toxicity tested samples can be put into context. BTR gives an answer to the question: is the measured toxicity a problem or not?

Quantitative health risk assessment Based on bio-TEQs In matrixes that can transport toxicants to humans (water/plastic strips, dust, air) Pathway-based exposure scenarios using bioassay-determined bio-TEQs Would work for dioxin-like compounds Test possibility to do the same for EDCs

Selection of sites Ongoing studies where there is a possible demand for remedial actions, so that we test the methodology in “real-life” conditions. Good knowledge of the contamination situation through sampling. Several types of contaminants present. Different mixtures of contaminants at different sites. Possibility to take relevant background samples or use existing background samples.

Tänkbar provtagningsstrategi för in vitrotester/kemanalys Baserad på möjliga transportvägar av kemikalier från förorenade områden – Via gasfas – Dammpartiklar (dammprovtagning) – Vatten, biotillgängliga fraktionen i jord (POM), laktester – Kommentar: skall vara relevanta, snabba, och tillförlitliga metoder. Mycket utveckling kan göras här.

Samples one whole soil sample, one sample showing potential release of lipophilic toxicants into water (plastic strip), one sample showing gas toxicant release from the soil (gas phase sampler) and one sample showing dust bound toxicant release from the soil (dust sampler).

Biotillgänglighetsbaserad passiv provtagning och effektbaserad bioanalys av PAHer Provtagning mha polyoxymethylene POM-strips. Passiv provtagare, kan placeras med rel hög täthet. Provtagning minst 2 veckor. Egenskaper hos strips. Stor yta:volym kvot. Tunna strips med hål i? Snabb extraktion av POM med ultraljud Indunstning, byte till DMSO, testning i Hepa 6.1 Alt direkt testning med POM i odlingsbrunnar.  snabb, billig kartläggning av området. Kapacitet: om POM direkt i brunnar, 100-tals prover per analysomgång. GIS!

Passive air sampling

Passive dust sampling

Preliminärt provtagningsschema

Bioreporters – Dioxinbioassay. Detektion av effekter av dioxinlika ämnen, PAHer och av cytotoxiska ämnen. Befintlig, väl utprovad metodik. Specifikt. Etablerade på lab – AR, ER assay. Detektion av effekter av hormonstörande ämnen. Ganska specifikt. ER assay etablerad på lab. – Ames test? Detektion av effekter av mutagena ämnen. Ganska specifikt. Har använts på lab. – Metalltox?. E. coli based reporter assays. Ej etablerad. Kommentar: skall vara relevanta, snabba, enkla och tillförlitliga metoder i möjligaste mån. Balansgång mellan relevans och tillförlitlighet gentemot snabbhet och kostnad.

Effektiviseringsområden bioreporters Provtagning i fält, transport till lab. Kan effektiviseras. Homogenisering, siktning. Kan effektiviseras/tas bort. Extraktion, upprening. Kan effektiviseras/tas bort In vitrotest. Kan effektiviseras Beräkning och kvantifiering. Kan effektiviseras Riskbedömning. Leder till snabbare och billigare, men lika pålitliga resultat

Kemisk analys För validering av effektbaserade metoder under metodutvecklingen Dioxiner, PCB, PAH mfl För massbalansberäkningar: hur mycket av effekten kan förklaras av kemiskt analyserade ämnen? Görs av Eurofins och MTM

Forskningsfrågor Korrelation SOILEFFECT och konventionella metoder Andra passive samplers? LDPE (snabbare time to eq än HDPE för PAHs (Fries &Zarfl 2012)), PP? Skillnad mot total? Spelar yta:volymkvot roll? Spelar vatten roll? Spelar temp roll? GPS taggade data  GIS toxkarta Kan en enkel snabb testmetodik ge tillräckligt säkra svar? Testområden där vi jämför prediktionsförmågan hos POM- TOX. Worst caseområden med dokumenterade effekter  bakgrundsområden Kan ovanstående göras för metalltox? Vilken provtagare? Hydrofil plast? Vilken endpoint?

Förväntningar och behov Eurofins

Förväntningar och behov Sweco

Förväntningar och behov WSP

Riskbedömning Baseline toxicity range (BTR) – effekter satta i relation till effekter i jord från rena områden. Vi har en jordbank med rena prover på MTM. Generera ett ”säkert” toxintervall utifrån BTR. Faller resultaten ovanför detta intervall = åtgärder motiverade. Massbalans. Hur mycket okända gifter finns i marken? Skall generera ett svar: åtgärd eller inte

Tidplan År 1 – Etablera återstående bioreporters (MTM) – Välja siter (alla) – Formulera detaljerad arbetsplan (alla) – Utveckla provtagningsmetodik (alla) – Utveckla upparbetningsmetodik (MTM, Eurofins) – Provtagning, bioassays och kemisk analys (alla) – Workshop (alla) År 2 – Provtagning, bioassays och kemisk analys (alla) – Kvantitativ riskbedömning (human) (MTM, WSP, Sweco?) – Ekologisk riskbedömning (relative approach) (MTM, Sweco, WSP?) – Workshop År 3 – Provtagning, bioassays och kemisk analys – Kvantitativ riskbedömning (human) – Ekologisk riskbedömning (relative approach) – Optimering av arbetsflöden i provtagning och bioanalys – Avslutande workshop med utvärdering av resultat och eventuell fortsättning – Vetenskapliga rapporter, kommunikation med stakeholders

MTMs del i SOILEFFECT – Samordna projektet – Delta i projektledningsgruppen – Utveckla provtagningsmetodik – Utveckla bioreportermetodik anpassad till proverna – Riskbedömning – ekologisk och human – analysera PAHer i jord – Planering av provtagning och ev. i fältarbete

Företagens del i SOILEFFECT Eurofins: – Delta i projektledningsgruppen – analysera dioxiner i jord – analysera övriga POPs i jord vid behov SWECO och WSP – Delta i projektledningsgruppen – Förse projektet med lämpliga objekt – Delta i planering av provtagning och ev. i fältarbete – Förse projektet med resultat från konventionella bedömningar för jämförelse – Om möjligt förse projektet med bakgrundsprover

Forskningsfrågor Hur placera plaststrips i jorden reproducerbart map vattenhalt (avgörande för upptag)? – Är det tekniskt möjligt i fält? I den relativa ekologiska riskbedömningsmetoden – hur sätta cut offs? Under = OK, över = åtgärd. – Fuzzy logic? – Intervall (x gånger över bakgrund) – Hur gör man i Holland? Hur få fram relevanta referensjordar?

Frågor Referensgrupp?

Clean ecological and urban soils - Baseline toxicity range (BTR) - Soil samples from clean sites in Sweden -SLU Ecological farms – food production -Bioassay of clean soils to obtain the BTR -Urban samples tested in similar manner -To get general urban soil toxicity levels -This will generate an urban BTR -The BTR and the urban BTR will then be compared against the remediation toxicity -It is then possible to set acceptable limit of deviation from the corresponding baseline soil toxicity -The BTR data is stored (and updated) in a database -Long term freeze storage of the samples -“Swedish clean soil bank” Urban soil - Umeå SLU - Lövsta Piteå - Öjebyn Umeå - Röbäcksdalen Uppsala - Lövsta Skara - Lanna Malmö - Alnarp

Kommersialisering Hepa 6.1. Bolag med Mike? Kan hans nuvarande bolag delta?