Screening for transformation products and metabolites of pharmaceuticals in treated and untreated waste water
Final Report Abstract
Im Rahmen dieses Projekts wurde die Elimination von Arzneimittelwirkstoffen durch Prozesse im Sediment von Fließgewässern untersucht. Hierzu wurde ein Sediment-Wasser-Testsystem verwendet, das unter aeroben und anaeroben Bedingungen betrieben wurde. Ferner wurde Sediment aus zwei Flüssen und von verschiedenen Stellen innerhalb eines Flusses untersucht. Die Proben wurden mittels Flüssigchromatographie und hochauflösender Massenspektrometrie analysiert. Basierend auf diesen Analysen wurde eine Vorgehensweise zur Identifizierung von Transformationsprodukten der Wirkstoffe etabliert. Hierzu wurden Vorhersagen mit einem Modell zum mikrobiologischen Abbau und ein Software-Tool aus dem Bereich der Metabolomik verwendet. Die meisten der untersuchten Pharmaka wurden durch mikrobiologische Prozesse aus dem Testsystem entfernt. Die gemessenen Dissipationszeiten lagen zwischen ca. 3 und 55 Tagen. Insgesamt zeigen die Ergebnisse keine systematischen Zusammenhänge zwischen den Substanzen oder den Sedimenten. Beispielsweise zeigt der Vergleich von abwasserunbeeinflussten Sedimenten für die Stoffe Ibuprofen und Furosemid drastische Unterschiede, während für Naproxen mit beiden Sedimenten sehr ähnliche Eliminationsraten ermittelt wurden. Beim Vergleich verschiedener Sedimente aus einem Fluss ergibt sich ein ähnlich differenziertes Bild. Während für Ibuprofen der Probenahmeort einen geringen Einfluss auf die Eliminationskinetik des Stoffes besaß, gab es bei Naproxen deutliche Unterschiede zwischen den Sedimenten. Insgesamt verdeutlicht der Vergleich der experimentellen Varianten sowie der einzelnen Testsubstanzen, dass die Aussagekraft solcher Tests bestimmten Limitierungen unterworfen ist. Die Ergebnisse können von Ort und Zeitpunkt der Sediment-Gewinnung stark beeinflusst werden, wobei diese Randbedingungen sich nicht systematisch auf alles Stoffe gleich auswirken. Die Variation der Eliminationsraten in Sedimenten innerhalb eines Gewässers kann erheblich größer sein als in Sedimenten von zwei stark verschiedenen Fließgewässern. Die Ursachen für diese Befunde sind vermutlich auf Unterschiede in Aktivität, Diversität oder Abundanz von Sediment-Mikroorganismen sowie auf substanzspezifische Transformationsmechanismen zurückzuführen. Das im Rahmen des Projekts etablierte Verfahren zur Erkennung bislang unerkannter Transformationsprodukte der Pharmaka hat sich im Prinzip bewährt. An Hand einiger bereits bekannter Transformationsprodukte wurde das System validiert, und es konnten einige bislang unbekannte metastabile Transformationsprodukte vorläufig identifiziert werden. Die Methode ist gewissen Einschränkungen unterworfen, die auf den verwendeten Gerätetyp (UPLC-QTOF-MS) bzw. auf die Sensitivität dieser Analysentechnik zurückzuführen sind. Dies konnte durch einen Erhöhung der initialen Pharmaka-Konzentration in den Testsystemen auf 500 µg/L weitgehend kompensiert werden. Für die Wirkstoffe Ibuprofen, Bezafibrat und Metoprolol konnten einige Transformationsprodukte ermittelt und zugeordnet werden, einige weitere potentielle Produkte bedürfen einer weiteren Abklärung. Die mit der verwendeten Methode ermittelten Transformationsprodukte wurden im Lauf des Experiments wieder aus dem Testsystem entfernt. Es kann daher basierend auf den in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnissen davon ausgegangen werden, dass sie sich nicht in Gewässern anreichern werden. In weiterführenden Untersuchungen sollte überprüft werden, ob die erkannten Transformationsprodukte in der Umwelt vorkommen. Abgesehen von einer potentiellen unerwünschten Wirkung in diesen Systemen könnten sie beispielsweise auch eine nützliche Indikatorfunktion für den Nachweis des Abbaus von Arzneimittelwirkstoffen in Fließgewässern besitzen.
Publications
- Using a sediment water test system to determine degradation kinetics and transformation products of pharmaceuticals. EuCheMS 12th International Conference on Chemicals and the Environment, 14.06.-17.06.2009
Maier M, Alsberg T, Radke M
- Fate of Pharmaceuticals in River Sediment - Microbial Transformation Kinetics and Screening for Transformation Products. Vortrag, TransCon 2010, 12.9.-17.9.2010
Radke M, Maier M
- Wie repräsentativ sind Ergebnisse von Sediment-Wasser-Tests zum Umweltverhalten von Pharmazeutika? Wasser 2011, 30.5.-1.6.2011
Radke M, Maier M
