灵敏度提高100倍
密歇根州立大学的新设备将土壤污染研究提升到了一个全新BOB体育的水平。bob体育登录
液相色谱-质谱(LC-MS)对大多数人来说可能听起来令人生畏,但对科学家来说却是天籁之音,尤其是那些在水、土壤和其他自然资源中检测药用化学物质的科学家。bob体育下载ios这种先进的技术旨在识别、表征和量化大量存在其他化合物的化学物质。LC-MS作为实验室中不可缺少的工具,通过将液相色谱的物理分离能力与质谱分析能力相结合,促进了科学的发展。
今年早些时候,美国密歇根州立大学(BOB体育密歇根州立大学)植物土壤与微生物学副教授李辉。它比它所取代的仪器更灵敏,使用更方便。密歇根州立大学AgBiobob体育登录Research为该设备提供了资金,该设备自安装以来已得到充分利用。
“自从我2005年在bob体育登录这里工作以来,MSU AgBioResearch真的帮助了我的职业发展,”李说。“他们提供了基础设施基金,以及我和Irene Xagoraraki博士(环境工程)的启动包,以购买第一台LC-MS/MS设备。九年后,AgBioResearch公司帮助筹集bob体育登录了资金,为这个最新的最先进的设备筹集了资金,与我实验室的旧设备相比,它的灵敏度提高了100倍,功能更强大。我们已经使用这种新设备来测量水、土壤、生物固体和蔬菜中的微量药物水平。”
李经常与同事合作密歇根州立大学土壤化学家Stephen A. Boyd和Brian Teppen,土壤物理学家Wei Zhang和土壤微生物学家James Tiedje研究土壤和水中有机污染物(包括抗生素)的环境命运和生物有效性。使用LC-MS/MS对土壤和水中抗生素进行准确定量,对于评估其在环境中的命运和运输,以及评估其对微生物群落和人类的潜在风险至关重要。
这一研究领域的主要挑战之一是识别和量化环境基质中极低浓度的抗生素(被认为是新兴关注的化学bob体育登录物质)。李说,新的LC-MS/MS可以检测到每升水中药物的含量,低至纳克(十亿分之一克)。博伊德,一个密歇根州立大学大学植物、土壤和微生物科学特聘教授,自入学以来一直在研究土壤污染物密歇根州立大学1980年,他的研究重点是环bob体育登录境命运和e?土壤中有机污染物和农药的影响。
“我们可以使用工程细菌作为四环素等药物的非常敏感的探测器,以探索潜在的生物e?抗生素对环境的影响。这是向前迈出的一大步。”“在分析方面,LC-MS/MS使我们能够处理更复杂的混合物,并在较低浓度下检测它们,这对环境中药物的研究至关重要。”bob体育登录
李说,2002年美国地质调查局(USGS)发布的一份报告显示,来自包括密歇根州在内的30个州的80%的河流样本被药物、激素和其他有机废水污染物污染,这促使他研究CECs。这篇报告引起了很多人的注意,包括李,他决定将他的主要研究注意力从农药和有机污染物转移到药品、抗生素和个人卫生用品上。bob体育登录
“直到我看到美国地质调查局的报告,我才意识到药物可以在环境中持续存在,”李说。“药品尤其值得关注,因为它们具有很高的生物活性潜力。他们有di?与传统有机污染物相比,具有不同的物理化学性质和更复杂的化学结构。我清楚地看到,这是一个需要更多科学信息来填补知识空白的领域,我希望能够提供帮助。”
植物、土壤和微生物科学系系主任詹姆斯·凯尔斯(James Kells)说,这个由博伊德和Teppen开始,后来扩大到李和张的团队正在做一项令人钦佩的工作。
他说:“这个高度合作的科学家团队正在进行有助于促进可持续农业生产和保护我们的环境的研究。”bob体育登录“他们在土壤中化学污染物的吸附和移动方面的基本工作对eff的发展非常重要。有效的管理策略。他们正在开发创新的修复技术来清理受污染的场地,与传统的垃圾填埋场处理方法相比,这可能会节省大量资金。”
科学家们继续研究药物在水和土壤中的隔离和转化。这些污染物被发现可以持续很长一段时间。
“药物的药效是很短的,服用e?影响和退出身体,”李说。“所以我们的假设是,当这些化学物质进入环境时,它们会消失或持续很短的时间。但事实并非如此。”
一个令人担忧的问题是,无论是在水系统中还是在陆地上应用的生物固体中,药物都可能对生态系统产生负面影响,例如促进细菌中抗生素耐药性的发展和增殖。
“不幸的是,药物最终以多种化学物质的混合物进入环境,而我们对生态环境的影响知之甚少。混合物的影响,”李说。“这些药物的浓度本身相当低,但这些药物的混合可能对生态系统和人类健康产生潜在的危险影响。”
该团队进行的研究表明,60%至90%的CECs可以从污水处理厂去除。污水处理厂的设计目的是处理重金属、营养物质——氮和磷酸盐,或其他一些有机化合物,但不是专门用于制药。相当数量的CECs被释放到周围的环境中。
通过一个由国家科学基金会资助的项目,该研究所密歇根州立大学科学家们正在探索抗生素耐药性问题,因为它与土壤和水中的抗生素有关。它们主要集中在四环素上,四环素是动物饲养操作中最常用的抗生素,估计占动物农业中使用的所有抗生素的40%。bob体育合法吗他们的研究结bob体育登录果表明,四环素,特别是两性离子物种可能是对大肠杆菌等细菌施加选择性压力以产生抗生素耐药性的主要物种。
土壤科学家团队已经报告了地表径流中存在药物?从农田可以连接到土地上施用的动物粪便。
“抗生素耐药性真的不区分人类和动物之间的任何界限,它们都是相互关联的,”张说。“我们必须更好地了解抗生素在环境中的运动,以及它们在水和土壤中的分布和命运,以解决抗生素耐药性问题。”
生物利用度是一个概念,描述了抗生素物质从环境基质向生命系统的移动,是将环境暴露与抗生素耐药性发展联系起来的关键因素。许多环境因素可以影响?例如生物有效性,如潮湿、干燥或潮湿土壤,以及水化学。多亏了新的LC-MS/MS,密歇根州立大学土壤科学家能够更好地确定环境中存在哪些类型的污染物,以及如何最好地去除它们,或者至少减少它们对环境的影响。
本文发表在《未来》杂志上,该杂志由密歇根州立大学AgBioResearch每年出版两次。BOB体育bob体育登录欲查看过去的期货,请访问www.futuresmagazine.msu.edu.欲了解更多信息,请发邮件给编辑霍莉·惠茨斯通whetst11@msu.edu或打电话517-355-0123.