Combined bioassay-chemical fractionation scheme for the determination and ranking of toxic chemicals in sediments

Abstract

A protocol for the chemical fractionation of sediments and biological testing of these fractions has been developed. Fractions obtained were directly tested for toxicity by using both the Salmonella typhimurium test and the Panagrellus redivivus test. When applied to sediments from Tobin Lake, Saskatchewan, this method demonstrated that the major toxic constituents of the sediment were neutral compounds that eluate from Florisil columns by 1:1 hexane-dichloromethane. This most toxic fraction contained none of the priority toxic chemicals. These tests demonstrate agreement between the two biological assay systems.contaminated with a single chemical issuing from a single source. Rather, there is an extensive multiplicity of compounds and sources contaminating most aquatic systems.Any system in close proximity to human activity will contain literally thousands of contaminating chemicals and their byproducts. The major problem in such systems is to determine which specific components pose the greatest long-and short-term risks to biological systems, including man. The question of what chemicals are present is secondary; the primary objective is to establish which compounds in a particular system pose the greatest risk.

Effect-directed analysis (EDA) in aquatic ecotoxicology: state of the art and future challenges

“…Therefore, approaches have been developed supplementing chemical analysis with bio-analytical techniques that make use of the specific properties of specific groups of chemicals to interfere with specific biological processes. This type of analysis has been coined effect-directed analysis (EDA) and is based on a combination of fractionation procedures, bio-testing, and subsequent chemical analyses (Brack 2003;Brack et al 2003;Samoiloff et al 1983;Schuetzle and Lewtas 1986).…”

Wirkungsorientierte Analytik komplexer Mischungen Erfahrungen aus der Umwelt- und Ökotoxikologie für die Lebensmitteluntersuchung

“…Für Extrakte solcher Matrizes bieten sich daher nach einer Abtrennung von Lipiden und anderen großen Biomolekülen durch Grö-ßenauschlusschromatographie oder Dialyse NP-HPLC-Verfahren als erster Schritt der Fraktionierung an. Dies kann durch klassische Säulenchromatographie an Florisil (Samoiloff et al, 1983), Alumina (Marvin et al, 1995;Brack et al, 1999), Silica (Nishioka et al, 1988) oder Cyanopropylphasen (Durant et al, 1998) erfolgen. Im Anschluss daran oder alternativ dazu kommen präparative NP-HPLC-Verfahren unter Verwendung von Silica (Fernandez et al, 1992), Cyanopropyl- (Durant et al, 1998), Polyaminocyanopropyl- (Marvin et al, 1995) oder Nitrophenylphasen (Brack und Schirmer, 2003;Brack et al, 2003b) zum Einsatz.…”

“…Sie zeichnet sich durch sehr hohe Trennschärfe und sehr gute Reproduzierbarkeit aus, was eine automatisierte Vielfachinjektion ermöglicht und damit das Problem der geringeren isolierten Stoffmenge pro Injektion ausgleicht. (Ames et al, 1975;Samoiloff et al, 1983;DeMarini et al, 1994) Ames Fluktuationstest in Flüssigkultur (Mikrotiterplatten) (Pérez et al, 2003;Flückiger-Isler et al, 2004) Mutatox: Rückmutation einer Dunkelmutante von Vibrio fischeri (Ho and Quinn, 1993;Thomas et al, 2002a) Mutagenitätstests mit menschlichen h1A1v2 B-Lymphoblastoid-Zellen mit constitutiver Überexpression der Oxygenase P4501A1 (Durant et al, 1998;Hannigan et al, 1998) Ah-Rezeptor-vermittelte Wirkung Induktion von 7-Ethoxyresorufin-O-Deethylase in Leberzelllinien von Fischen (RTL-W1, PLHC-1) und Ratten (H4IIE) (Safe, 1986;Brack et al 2002;Gale et al, 2000;Hilscherova et al, 2001) Luziferase-Aktivität in rekombinanter Zelllinie H4IIE-luc (CALUX) Vondracek et al, 2001) Estrogene Aktivität Zelltest mit menschlichen Brustkrebszellen (MCF-7) Zelltest mit menschlichen Brustkrebszellen mit rekombinantem RezeptorReporter-Gen (MCF-7-luc oder MVLN) (Soto et al, 1995) (Vondracek et al, 2001 Hefe-basierter Zelltest mit recombinantem Östrogen-Rezeptor-Reporter-Gen (YES) (Thomas et al, 2004) Androgene Aktivität Hefe-basierter Zelltest mit rekombinantem Androgen-Rezeptor-Reporter-Gen (Thomas et al, 2004;Thomas et al, 2002b) Zellproliferation und Differenzierung…”

Toxicity analysis of freshwater and marine sediments with meio- and macrobenthic organisms: a review

“…The Panagrellus redivivus bioassay developed by Samoiloff et al . (1980Samoiloff et al . ( , 1983a follows a quick and highly standardized procedure, which includes lethal, sublethal and gene level endpoints during a 4 d exposure to sediment extracts with standard dilutions.…”

“…Several bioassay techniques have been used to rank freshwater sediments on the basis of toxicity to benthic organisms (e .g . Prater & Anderson, 1977b ;Samoiloff et al ., 1983a ;Malueg et al ., 1984b ;Le Blanc & Surprenant, 1985) .…”