Genotoxicity of explosives-contaminated soil before and after bioremediation

• Autorzy: Kołwzan B. , Jadczyk P. , Rybak J. , Adamiak W.

Warianty tytułu

PL

Genotoksyczność gleby zanieczyszczonej matariałami wybuchowymi przed i po bioremediacji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Two explosives-contaminated soil samples taken in the vicinity of Wroclaw (SW Poland) were bio-remediated under aerobic and anaerobic conditions. One of the samples (T) was contaminated a few years ago; another (D) underwent a many-year self-cleaning process. The efficiency of their treatment was evaluated based on the change of the contaminant content in the soil. Soil mutagenic activity before and after bioremediation was investigated using the Ames test The following strains of Salmonella typhimurium were used: TA 98, TA 100, YG 1041 and YG 1042. Sample T was more contaminated with organic compounds than sample D (13 980 mg/kg d.m. and 2645 mg/kg d.m). Bioremediation of sample T was not very effective: contaminants under anaerobic and under aerobic conditions were reduced by 4.5% and 2.8%, respectively. Bioremediation of sample D proved to be highly efficient: reduction of contaminants under anaerobic conditions by 94% and under aerobic conditions by 79%. Contaminants in the soil extracts displayed genotoxic activity. Sample T was more genotoxic than sample D. Direct mutagens predominated in sample T, and indirect mutagens, in sample D. The bioremediation process was conducive to the production of the metabolites whose toxicity was higher than that of initial subtrate. Bioremediation under anaerobic conditions caused smaller increase in mutagenic activity of the soil contaminants than bioremediation under aerobic conditions.

PL

Próbki gleby z okolic Wrocławia zanieczyszczone materiałami wybuchowymi poddano bioremediacji w warunkach tlenowych i beztlenowych. Jedna z próbek (T) była zanieczyszczona przed kilku laty, druga (D) przeszła wieloletni okres samooczyszczania. Oceniono wydajność bioremediacji na podstawie zmian stężenia zanieczyszczeń w badanej glebie. Za pomocą testu Amesa zbadano aktywność mutagenną gleby przed i po bioremediacji. Zastosowano następujące szczepy Salmonella typhimurium: TA 98, TA 100, YG 1041 i YG 1042. Próbka T była bardziej zanieczyszczona związkami organicznymi niż próbka D (odpowiednio: 13980 mg/kg s. m. i 2645 mg/kg s. m.). Bioremediacja próbki T była mało efektywna: redukcja zanieczyszczeń w warunkach beztlenowych wyniosła 4,5%, a warunkach tlenowych - 2,8%. Bioremediacja próbki D była bardzo wydajna: redukcja zanieczyszczeń w warunkach beztlenowych osiągała 94%, a w warunkach tlenowych - 79%. Zanieczyszczenia obecne w ekstraktach glebowych wykazywały aktywność genotoksyczną. Próbka T była bardziej genotoksyczna niż próbka D. W próbce T dominowały mutageny bezpośrednie, a w próbce D - mutageny pośrednie. Proces bioremediacji sprzyjał powstawaniu metabolitów o toksyczności większej niż toksyczność substratów wyjściowych. Bioremediacja w warunkach beztlenowych powodowała mniejszy wzrost aktywności mutagennej gleby niż bioremediacja w warunkach tlenowych.

Słowa kluczowe

EN

toxicity; bioremediation; contamination; mutagenesis

PL

toksyczność; bioremediacja; zanieczyszczenia; Salmonella; mutageneza

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej
• Czasopismo: Environment Protection Engineering
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 34, nr 1
• Strony: 53--62
• Opis fizyczny: bibliogr. 19 poz.

Twórcy

autor

Kołwzan B.

autor

Jadczyk P.

autor

Rybak J.

autor

Adamiak W.

• Institute of Environmental Protection Engineering, Wroclaw University of Technology, 50-370 Wrocław,

Bibliografia

• [1] CRAWFORD R.I., The microbiology and treatment of nitroaromatic compounds, Current Opinion in Biotechnology, 1995, 6, 329–336.
• [2] RODGES J.D., BUNCE N.J., Treatment methods for remediation of nitroaromatic explosives, Water Res., 2001, 9, 2101–2111.
• [3] LACHANCE B., ROBIDOUX P.Y., HAWARI J., AMPLEMAN G., THIBOUTOT S., SUNAHARA G.I., Cytotoxic and genotoxic effects of energetic compounds on bacterial and mammalian cells in vitro, Mutat. Res., 1999, 444, 25–39.
• [4] MORTELMANS K., ZEIGER E., The Ames Salmonella/microsome mutagenicity assay, Mutat. Res., 2000, 455, 29–60.
• [5] MARON D.M., AMES B.N., Revised methods for the Salmonella mutagenicity test, Mutat. Res., 1983, 113, 173–215.
• [6] EINISTÖ P., WATANABE M., ISHIDATE M. Jr., NOHMI T., Mutagenicity of 30 chemicals in Salmonella typhimurium strains possessing different nitroreductase or O-acetyltransferase activites, Mutat. Res., 1991, 259, 95–102.
• [7] HAGIWARA Y., WATANABE M., ODA Y., SOFUNI T., NOHMI T., Specificity and sensivity of Salmonella typhimurium YG 1041 and YG 1042 strains possessing elevated levels of both nitroreductase and acetyltransferase activity, Mutat. Res., 1993, 291, 171–180.
• [8] WATANABE M., ISHIDATE M. Jr., NOHMI T.A., Sensitive method for the detection of mutagenic nitroarenes: construction of nitroreductase-overproducting derivatives of Salmonella typhimurium strains TA 98 and TA 100, Mutat. Res., 1989, 216, 211–220.
• [9] WATANABE M., ISHIDATE Jr. M., NOHMI T., Sensitive method for the detection of mutagenic nitroarenes and aromatic amines: new derivatives of Salmonella typhimurium tester strains possessing elevated O-acetyltransferase levels, Mutat. Res., 1990, 234, 337–348.
• [10] WATANABE M., SOFUNI T., NOHMI T., Comparison of the sensitivity of Salmonella typhimurium strains YG 1024 and 1012 for detecting the mutagenicity of aromatic amines and nitroarenes, Mutat. Res., 1993, 301, 7–12.
• [11] BERTHE-CORTI L., JACOBI H., KLEIHAURE S., WITTE I., Cytotoxicity and mutagenicity of a 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) and hexogen contaminated soil in S. typhimurium and mammalian cells, Chemosphere, 1998, 37, 2, 209–218.
• [12] GEORGE S., HUGGINS-CLARK G., BROOKS L., Use of Salmonella microsuspensions of munitions compounds at low concentrations, Mutat. Res., 2001, 490, 45–56.
• [13] KOŁWZAN B., Genotoxicity of soil polluted by explosives materials, Chemistry for Agriculture, 2005, 6, 215–230.
• [14] DONNELY K., BROWN K., GIAM C., SCOTT B., Acute and genetic toxicity of extracts of munitions wastewater contaminated soils, Chemosphere, 1993, 27, 1439–1450.
• [15] FRISCHE T., Screening for soil toxicity and mutagenicity using luminescent bacteria – a case study of the explosive 2,4,6-trinitrotoluene (TNT), Ecotoxicol. Environ. Saf., 2002, 51, 133–144.
• [16] GRIEST W., TYNDALL R., STEWART A., CATON J., VASS A., HO C.-H., CALDWELL W., Chemical characterization and toxicological testing of windrow composts from explosives-contaminated sediments, Environ.Toxicol. Chem., 1995, 14, 51–59.
• [17] JARVIS A., MC FARLAND V., HONEYCUTT M., Assessment of the effectiveness of composting for the reduction of toxicity and mutagenicity of explosive-contaminated soil, Ecotoxicol. Environ. Saf., 1998, 39, 131–135.
• [18] TAN E., HO C.-H., GRIEST W., TYNDALL R., Mutagenicity of trinitrotoluene and its metabolites formed during composting, J. Toxicol. Environ. Health, 1992, 36, 165–175.
• [19] HONEYCUTT M., JARVIS A., MC FARLAND V., Cytotoxicity and mutagenicity of 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) and its metabolites, Ecotoxicol. Environ. Saf., 1996, 35, 282–287.