Combined effects of engineered nanoparticles and anthropogenic contaminants on a coastal environment

I løpet av de siste årene har fremveksten av nanoteknologi og det raskt økende antall av nanomaterial produkter som brukes i ulike applikasjoner forårsaket bekymring for potensielle miljøkonsekvenser av konstruerte nanopartikler (NP). Dette har medført at NP er gitt høy prioritet som potensielle ?nye forurensningskomponenter? som kan påvirke miljøet. I tillegg til deres egne toksiske egenskaper, kan NP også potensielt samvirke med andre menneskeskapte forurensinger, som miljøgifter. På grunn av den høye overflate til volum-forhold og overflateegenskaper til NP, kan miljøgifter binde seg til NP. Dette kan føre til en endret fordeling av miljøgifter i naturmiljøet, og en endring i miljøgiftenes biotilgjengelighet, og følgelig deres toksiske potensiale for organismer i naturmiljøet. Forskningsprosjektet NanoMarine undersøkte giftvirkninger av to konstruerte metall-nanopartikler (TiO2NP og AgNP ) på marine organismer, og på effekter av blandinger av NP og tre utvalgte menneskeskapte organiske forurensingsforbindelser med ulike virkningsmekanismer. Disse forbindelsene var den kreftkramkallende polyaromatiske hydrokarbon (PAH) forbindelsen benzo(a) pyren [B(a)P], det syntetiske hormonet 17?-etinyløstradiol (EE2) som virker som en hormonforstyrrer på marine organismer, og den vannløselige fraksjon av råolje fra oljeplattformen Troll i Nordsjøen. TiO2NP og AgNP er to av de mest produserte og brukte typer NP, og disse har derfor et relativt stort forurensingspotensiale. Effektene ble undersøkt i tre laboratorie-eksperimenter på viktige arter i den marine næringskjeden: Raudåte (Calanus finmarchicus), blåskjell (Mytilus edulis) og piggvar (Scophthalmus maximus). I tillegg gjennomførte vi et feltstudie der vi undersøkte nivåer av PAH og elementer i viltlevende fisk ved utslippspunktet for Høvringen renseanlegg i Trondheimsfjorden og et referanseområde i Froan naturreservat. . Høvringen renseanlegg behandler avløpsvann fra 2/3 av Trondheim. I sjøvann agglomererte NP raskt, men AgNP som var overflatebehandlet med poly(N-vinylpyrrolidone) (PVP) var mer stabile i løsning enn TiO2NP som ikke var overflatebehandlet. Til tross for aggregeringsprosessene, så viste studiet at Ti og Ag ble frigjort fra nanopartiklene og var biotilgjengelige for opptak i forsøksartene. Eksponeringen medførte toksiske effekter relatert til oksidativt stress og immunfunksjon. Blandingseksponering for Ti2NP og B(a)P reduserte biotilgjengeligheten av B(a)P hos blåskjell. Økte frekvenser av kromosomskader ved denne blandingseksponeringen indikerer imidlertid blandingstoksiske effekter, muligens på grunn av additive stressresponser. Blandingseksponering for AgNP og EE2 endret ikke biotilgjengeligheten av EE2 hos piggvar. Imidlertid viste resultatene at denne blandingseksponeringen påvirket syntesen av enkelte steroidhormoner, noe som kan indikere blandingseffekter. Hos raudåte festet AgNP seg til overflaten av dyrene, og blandingseksponering medførte en økning av AgNP på dyrenes overflate. Eksponering for AgNP induserte oksydativt stress hos rauåte, og denne responsen var noe forhøyet ved blandingseksponering for AgNP og den vannløselige fraksjoner av råolje. Feltundersøkelsen viste at det ikke var forhøyede nivåer av PAH i flyndrefisk fanget i nærheten av utslippet fra Høvringen renseanlegg. Eksponering for NP medførte effekter relatert til oksidativt stress, hormonforstyrrelser og immunrespons. Prosjektet viste at blandingseksponering for NP og de undersøkte miljøgiftene reduserte biotilgjengeligheten av miljøgiftene, men forårsaket samvirkende effekter av samme eller noe større grad. Effektene av eksponering for NP og de undersøkte forurensingsforbindelsene i kombinasjon indikerer samvirkende (additive) stressresponser.

This project seeks to enhance the knowledge on the effects of engineered nanoparticles (ENPs) on a coastal environment and their influence on the impacts of present pollutants of concern. In this study commercially available silver and TiO2 nanoparticles (AgNP, TiO2NP) featuring different surface stabilisation will be applied. Their behaviour and consequently their environmental fate in marine water with different salinity and content of natural organic matter (NOM), from the Trondheimsfjorden will be as sessed. In a broad range of laboratory studies, the uptake and effects of AgNP and TiO2NP and their influence of two contaminants of concern, benzo(a)pyrene (BaP) and 17a-ethynylestradiol (EE2), will be investigated. Exposure concentrations will be deri ved from concentrations in the environment and in biota. These concentrations will be evaluated by field sampling at anthropogenic impacted sites in the Trondheimsfjorden. The study will consist of subsequent laboratory experiments where filter feeders Mytilus edulis (benthic) and Calanus finmarchicus (pelagic), planctonic bacterial communities and the benthic fish Pleuronectes platessa will be exposed to BaP and EE2 in the presence and absence of ENPs. Uptake and bioavailability investigations will be followed by evaluation of potential toxic effects. This will include investigation of both, general stress biomarkers, such as oxidative stress, DNA damage and histological changes and also analysis of specific endpoints such as induction of cytochrome P4 50 enzymes and changes in sex hormone homeostasis. Analysis of ENP-chemical interaction and determination of contaminant specific effects should indicate the role of ENP presence on contaminant action - a Trojan horse type mechanism or additive effect.