تاثیر نانو پلی استایرن بر ارگانیسم آبزی

خطر میکرو و نانوکره های پلی استایرن برای ارگانیسم های آبزی و  زمینی منتخب

آلودگی پلاستیک در محیط زیست به یک نگرانی بزرگ تبدیل شده است. ارزیابی ریسک میکرو و نانوپلاستیک ها (MPL و NPL) و به دلیل ناهمگونی MPL و NPL در پلیمرهای ترکیبی، اندازه ذرات و مورفولوژی در محیط زیست چالش های قابل توجهی ایجاد می کند. با این حال، مقالات توکسیکولوژی مطلوبی در مورد میکرو و نانوکره های پلی استایرن (PS) تجاری وجود دارد. اگرچه چنین ذراتی به طور مستقیم MPL و NPL محیطی را نشان می دهند، داده های سمیت آنها باید برای پیشبرد ارزیابی ریسک پلاستیک استفاده شود. در اینجا داده های سمیت میکر و نانوکره ها در میکروارگانیسم ها، بی مهرگان آبزی و زمینی، ماهی ها و گیاهان عالی جمع آوری شده و تجزیه و تحلیل شده اند. ارزیابی 294 مقاله نشان داد که بی مهرگان آبزی بیشترین ارگانیسم های مورد مطالعه هستند و پلی استایرن نانوسایز بیشتر از PS میکرو سایز در مواجهه حاد مورد مطالعه قرار گرفته است. سمیت افزودنی‌ های تعلیق PS به ندرت بررسی شده اند و 40 درصد از داده‌ها هیچ اثر ارگانیسمی از PS را نشان ندادند. مکانیسم های سمیت عمدتاً در ماهی و نماتد Caenorhabditis elegans مورد مطالعه قرار گرفته و داده مطلوبی برای مطالعات ارگانیسم ها در آینده ارائه دادند. مطالعات آتی باید بر روی غلظت‌ های پلاستیک مرتبط با محیط ‌زیست، طیف وسیعی از ارگانیسم ها، مواجهه همزمان با سایر آلاینده ها، و توسعه روش های شناسایی و کمّی سازی پلاستیک برای پر کردن شکاف ارزیابی تجمع زیستی پلاستیک ها تمرکز کنند.

نانو و میکروپلاستیک ها (MPL و NPL) آلاینده های نوظهور هستند که برای بررسی آنها بایستی خطرات سلامتی و زیست محیطی بیشتری را بررسی کرد. علیرغم وجود شواهد موجود در مورد وجود اشکال میکرو و نانوسایز پلاستیک ها در محیط های مختلف محیطی (به عنوان مثال آب، خاک و هوا)، مطالعه خطرات بالقوه آنها همچنان چالش برانگیز است؛ به ویژه با توجه به افزایش انفجاری استفاده از پلاستیک های یکبار مصرف در سال های اخیر با اثرات زیست محیطی ناشناخته. بنابراین تاکنون، اکثر مطالعات سمیت MPL با استفاده از ذرات مدل تجاری موجود مانند پلی استایرن کروی (PS) انجام شده اند. با این که کتابخانه های میکروپلاستیک PS کروی (PS MPL) و نانوپلاستیک ها (PS NPL) برای ارزیابی اثرات بیولوژیکی وابسته به خواص مرتبط هستند، قابلیت کاربرد نتایج حاصل از نانو یا ریز دانه های یکنواخت پراکنده برای ارزیابی خطرات محیطی مبهم است. ذرات PS تجاری، به ویژه ذرات بکر، تنها نماینده بخش کوچکی از پلاستیک های محیطی هستند و بنابراین، در بررسی خطرات ناشی از پلاستیک ها از MPL و NPL کروی ایده آل استفاده می شود؛ همان طور که ذرات مدل یک سوگیری اساسی ایجاد می کنند. علاوه براین، داده های سمی PS تا حد زیادی از آزمایش تعلیق PS تجاری سرچشمه می گیرد که هرگز برای آن هدف در نظر گرفته نشده است؛ برای مثال، روش کالیبراسیون و مواد افزودنی مختلف. این افزودنی ها (مانند سدیم آزید به عنوان نگهدارنده ضد میکروبی NaN3) ارگانیسم های مورد آزمایش را تحت تأثیر قرار می دهند و در نتیجه، ممکن است نتایج مثبت کاذبی را القا کنند که به عنوان اثرات ذرات PS تفسیر می شوند. با این حال، از آنجایی که داده های سمیت در مواجهه محیطی با پلاستیک ها هنوز محدود هستند، مجموعه مقالات موجود در مورد اثرات بیولوژیکی NPL و MPL پلی استایرن می تواند بینش مفیدی از فاکتورهای کلیدی ارائه دهد که بر سمیت بالقوه پلاستیک ها در گروه های مختلف ارگانیسم ها حاکم است. با توجه به یافته های ارائه شده از نانوذرات مهندسی شده که ممکن است به ارزیابی ریسک NPL و MPL کمک کنند، مطالعات  MPL و NPL پلی استایرن می توانند به عنوان منبع اطلاعاتی با ارزشی در شناسایی شکاف های دانش و ضرورت انجام مطالعات سمیت MPL و NPL در آینده عمل کنند.

برای پرداختن به این جنبه ها و ارائه یک نمای کلی و تحلیلی از داده های سمیت موجود در پلی استایرن، تحقیقات ارگانیسم های مرتبط با محیط زیست متعلق به گروه های مختلف سطوح تروپیک از جمله میکروارگانیسم ها (باکتری ها، تک یاخته ها و ریزجلبک ها)، بی مهرگان آبزی و زمینی، ماهی ها و گیاهان عالی گردآوری و بازبینی شدند. اطلاعات بازیابی شده از مقالات منتشر شده در مورد PS خواص PS، غلظت های مواجهه و داده های سمیت را بیان می کنند. داده های سمیت به چهار دسته طبقه بندی شدند:

الف. بدون اثربخشی؛

ب. اثرات سطح مولکولی؛

ج. اثرات سطح سلولی و اثرات سطح فردی یا ارگانیسمی.

داده ها نیز بر اساس مدت مواجهه به گروه های مواجهه نسبی حاد، مزمن و سابکرونیک در ارزیابی اثرات تقسیم بندی شده اند. تجزیه و تحلیل انجام شده در اینجا مبنایی برای پیشنهادات عوامل حیاتی است که در مطالعات آتی به دلیل دسترسی محدود به داده ها یا کاستی های تجربی در مطالعات موجود مورد بررسی قرار خواهند گرفت. این بررسی می تواند همچنین از ارزیابی نظارتی پلاستیک های نانو و میکرو سایز حمایت کند.

نتیجه گیری

این بررسی، ادبیات موجود در مورد سمیت NLP و MPL را پوشش می دهد که از گروه‌ های ارگانیسمی مختلف جمع‌آوری شده و مورد بررسی انتقادی قرار گرفتند. همچنین برای استخراج اطلاعات موجود از سمیت PS که می تواند برای ارزیابی خطر آلودگی پلاستیک مفید باشند مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. به طور کلی، این تجزیه و تحلیل نشان داد که:

1.دسترسی به داده های سمیت در گروه های ارگانیسمی با بیشترین میزان داده ها (تقریبا 40 درصد) برای بی مهرگان آبزی گزارش شده است و به دنبال آن ریزجلبک (18 درصد)، باکتری (16 درصد) و ماهی (13 درصد).

2. اکثر آزمایشات سمیت در مدت های مواجهه کوتاه انجام شده است؛ به عنوان مثال، مطالعات سمیت حاد (54 درصد) هستند.

3. 40 درصد از کل داده جمع آوری شده هیچ اثری از PS را نشان نمی دهد (به طور کلی شامل مطالعه باکتری ها، بی مهرگان آبزی، ریزجلبک ها و تک یاخته ها می شود).

4. از میان داده هایی که اثرات زیستی (در سطوح مولکولی، سلولی یا فردی) را نشان می دهند، اثرات سطح فردی (حدود 50 درصد از کل داده) غالبا گزارش می شوند.

5. ماهی ها تنها گروه ارگانیسمی بودند که اکثر داده (40 درصد) اثرات سطح مولکولی را نشان داد، در حالی که اثرات سطح فردی اغلب برای ریزجلبک ها (70 درصد)، بی مهرگان آبزی (46 درصد) و C.elegans (90 درصد) گزارش شده است.

6. مکانیسم عمل PS که در اکثر گروه های ارگانیسمی گزارش شده است شامل القای سطوح ROS بالا و فعالیت های آنزیمی می شود.

7. از آنجا که در پروکاریوت ها و یوکاریوت های تک سلولی (به عنوان مثال، ریزجلبک ها) اعمال بیولوژیکی خود را عمدتاً از طریق جذب سطحی روی سلول اعمال می کنند، در موجودات چند سلولی PS وابسته به اندازه و بار در اندام های مختلف مولد شده و باعث تغییرات تغییرات هیستوپاتولوژیک، آسیب به DNA، اختلال متابولیک و عصبی می شود.

8. برهمکنش های بیومولکولی PS، به جای اثرات مستقیم سلولی، سمیت PS را کنترل می کنند؛ به ویژه در ماهی و گیاهان عالی، اهمیت اکوکرونا در اثرات بیولوژیکی PS بیان شد.

9. دسترسی محدود به داده PS MPL در مقایسه با NPL مانع از ارزیابی مقایسه ای کلی سمیت وابسته به اندازه در همه گروه های ارگانیسمی می شود. با این حال، نشانه هایی ازاثرات وابسته به اندازه در ارگانیسم خاص مشاهده شد.