VEDA/LECHB

In water chemical monitoring, grab sampling is commonly used, providing information on pollution only at the moment of sampling. However, passive sampling provides a representative time-weighted average concentration over the sampling period, better reflecting the exposure of aquatic organisms to chemical substances in water. A passive sampler is a small, simple device consisting of a sorbent separated from the water by a permeable barrier, such as a polymer membrane or a thin layer of hydrogel. The sorbent inside the sampler is capable of capturing chemical substances from the water that can pass through the barrier. This process of capturing (accumulating) chemical substances from the water occurs spontaneously, based solely on the difference in concentrations of the chemical substance in the sampled water and in the sampler. After a certain period, the passive sampler is retrieved from the water, processed, and analysed in the laboratory. From the results of the concentrations of chemical substances found in the sampler, we are then able to determine the concentration of these substances in the water. The advantage of a passive sampler is that it can be left in the water for several days to weeks, during which it captures chemical substances from the water, allowing us to determine their time-weighted average concentration.

In this study, we tested three types of passive samplers, which differed in construction, type of sorbent, diffusion barrier used, but also in the surface area of the sampler exposed to water. These three types of passive samplers were immersed for several weeks in treated water effluent from a wastewater treatment plant, which contains residues of pharmaceuticals, pesticides, and other chemical substances, as the existing purification technology cannot completely remove them. The aim of the study was to compare the three selected passive samplers according to several criteria, such as the range of identified chemical substances, the duration of time-integrative sampling (how long the concentration in the sampler increases linearly over time), and the resistance of the sampler to damage. It was found that all three samplers provide comparable results and are suitable for use in monitoring pharmaceuticals and pesticides in wastewater. However, one passive sampler (Speedisk) overcomes the others in some parameters, especially in the duration of time-integrative sampling and physical resistance to external conditions.

Detailed information is available in the original article:Fialová, P., Šverclová, K., Grabicová, K., Grabic, R., Švecová, H., Nováková, P., Vrana, B., 2024. Performance comparison of three passive samplers for monitoring of polar organic contaminants in treated municipal wastewater. Science of the Total Environment 907: 168153. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.168153

Written by: Pavla Fialová

V monitoringu chemických látek ve vodě se standardně používají bodové odběry, které poskytují informaci o znečištění pouze v okamžik odběru. Pasivní vzorkování však poskytuje reprezentativní časově váženou průměrnou koncentraci za vzorkované období, a lépe tak odráží expozici vodních organismů chemickým látkám přítomným ve vodě. Pasivní vzorkovač je malé jednoduché zařízení, které se skládá ze sorbentu, který je oddělen od vody propustnou bariérou, např. polymerní membránou nebo tenkou vrstvou hydrogelu. Sorbent uvnitř vzorkovače je schopný zachytávat chemické látky z vody, které dokáží projít bariérou. Tento proces zachytávání (akumulace) chemických látek z vody je samovolný, a to pouze na základě rozdílu koncentrací chemické látky ve vzorkované vodě a ve vzorkovači. Po uplynutí určené doby je pasivní vzorkovač vyjmut z vody, zpracován a analyzován v laboratoři. Z výsledků koncentrací chemických látek, které jsme našli ve vzorkovači, jsme pak přepočtem schopni určit, jaká byla koncentrace těchto látek ve vodě. Výhodou pasivního vzorkovače je, že ho ve vodě můžeme nechat po dobu několika dní až týdnů, po kterou zachycuje chemické látky z vody, a dokážeme tak určit jejich časově váženou průměrnou koncentraci.

V naší současné studii jsme testovali tři pasivní vzorkovače, které se lišily konstrukcí, typem sorbentu, použitou difúzní bariérou, ale také plochou vzorkovače, která je vystavena vodě. Tyto tři typy pasivních vzorkovačů byly několik týdnů ponořeny do vyčištěné vody odtékající z čistírny odpadních vod, která ale obsahuje zbytky léčiv, pesticidů a dalších chemických látek, jelikož je stávající technologie čištění nedokáže dokonale odstranit. Cílem studie bylo tři vybrané pasivní vzorkovače porovnat, a to podle několika kritérií, jako je rozsah identifikovaných chemických látek, délka časově-integrativního vzorkování (jak dlouho roste koncentrace ve vzorkovači lineárně v čase) a odolnost vzorkovače vůči poškození. Bylo zjištěno, že všechny tři vzorkovače poskytují srovnatelné výsledky, a jsou vhodné pro použití v monitoringu léčiv a pesticidů v odpadní vodě. Jeden pasivní vzorkovač (Speedisk) však v některým parametrech překonává ostatní, a to zejména v délce časově-integrativního vzorkování a také fyzické odolnosti vůči vnějším vlivům.

Podrobné informace jsou dostupné v původním článku: Fialová, P., Šverclová, K., Grabicová, K., Grabic, R., Švecová, H., Nováková, P., Vrana, B., 2024. Performance comparison of three passive samplers for monitoring of polar organic contaminants in treated municipal wastewater. Science of the Total Environment 907: 168153. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.168153

Autorka: Pavla Fialová

I neviditelné znečištění vody může zanechat výraznou stopu v přírodě. Výsledky studie publikované  v časopise Journal of Hazardous Materialsukázaly, že zdánlivě čistá voda vypouštěná z čistíren odpadních vod může stále představovat riziko pro volně žijící organismy v našich řekách a potocích.

Pstruh obecný potoční (Salmo truttam. fario) je druh citlivý na změny prostředí a cenný ukazatel kvality vody. V našem experimentu jsme do vodního toku, který přijímá čištěnou městskou odpadní vodu, nasadili pstruhy do úseku nad a pod čistírnou odpadních vod, a v časových intervalech po 6, 14 a 24 týdnech jsme sledovali toxikologické parametry u ryb. Současně jsme pomocí neinvazivní metody zvané pasivní vzorkovánímonitorovali znečišťující látky ve vodě a testovali jejich biologické účinky prostřednictvím laboratorních in vitrotestů. Tento experiment byl výjimečný tím, že kombinoval expozici ryb v reálném prostředí s nejmodernějšími analytickými a toxikologickými metodami. U ryb jsme měřili konkrétní změny, jako jsou hladiny hormonů, reakce na stres a známky poškození tkání, abychom zjistili, jak reagují na dlouhodobé působení nízkých koncentrací znečištění.

Výsledky studie ukázaly, že i čištěná voda může obsahovat mikropolutanty(zbytky chemických látek z běžně používaných produktů, jako jsou léky, čisticí prostředky nebo pesticidy), které se v čase hromadí. Tyto látky mohou narušovat hormonální systém ryb, oslabovat jejich přirozenou obranyschopnost a potenciálně ohrozit jejich rozmnožování.

Naše studie zároveň poukázala na to, že je možné předpovědět environmentální hrozby dříve, než dojde k viditelnému poškození – díky pasivnímu vzorkování vody a citlivým laboratorním testům. Tento přístup může pomoci lépe chránit biodiverzitu, zejména v urbanizovaných oblastech, kde vodní toky často přijímají sice čištěnou, ale ne zcela čistou vodu. Dále může být v budoucnu součástí strategie pro prioritizaci čistíren odpadních vod z hlediska modernizace jejich čistírenských technologií, ke které bude muset dojít v souvislosti s novou legislativou. Naše výsledky zdůrazňují potřebu efektivnějšího nakládání s odpadními vodami, aby bylo možné bezpečně chránit vodní organismy.

Další podrobnosti naleznete v původním článku:

Koubová, A., Toušová, Z., Šauer, P., de Sales-Ribeiro, C., Vrana, B., Smutná, M., Kocour Kroupová, H., Grabicová, K., Schmidt-Posthaus, H., Randák, T., Grabic, R., Hilscherová, K., Žlábek, V., 2025. Biomarker responses in wild brown trout from a headwater stream and their causal link to water pollution assessed through chemical analysis and in vitroreporter gene bioassays. Journal of Hazardous Materials 494, 138433. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.138433

Autor: Anna Koubová

Nová studie „Eyes as a Novel Target of Psychoactive Contaminants in Fish“ (Fedorova a kol.) odhaluje, že oči ryb mohou být ovlivněny stopovými koncentracemi psychoaktivních léčiv přítomných ve vodním prostředí.

Psychoaktivní farmaka, jako jsou antidepresiva či anxiolytika, představují nově se objevující kontaminanty, které jsou často detekovány v povrchových vodách. Tyto látky působí na neurotransmiterové systémy, které jsou evolučně konzervovány napříč obratlovci.

Pomocí analýz kapalinové chromatografie spojené s hmotnostní spektrometrií autoři prokázali, že tyto látky mohou ovlivňovat oční tkáně ryb – nejen jejich mozek. Mezi pozorovanými účinky byly změny v hladinách neurotransmiterů v očních tkáních, které mohou vést až k poruchám vidění.

Studie naznačuje, že zdraví očí a zrakové zpracování mohou sloužit jako citlivé a integrované ukazatele expozice kontaminantům, s možnými důsledky pro přežívání ryb v důsledku zhoršeného vyhledávání potravy či schopnosti vyhnout se predátorům. Toto zjištění je mimořádně nové, protože většina ekotoxikologických studií psychoaktivních kontaminantů se doposud zaměřovala především na nervové nebo behaviorální projevy, zatímco účinky na oči zůstávaly téměř neprozkoumané.

Tento výzkum otevírá novou oblast v akvatické toxikologii a zdůrazňuje význam hodnocení odpovědí celého organismu – nejen mozku a chování – při posuzování rizik spojených s farmaceutickým znečištěním.

Článek byl rovněž vybrán pro titulní stranu aktuálního čísla časopisu Environmental Science & Technology Letters a doprovází jej ilustrace vytvořená samotnými autory. Toto ocenění podtrhuje vědecký i vizuální přínos studie a přináší mezinárodní pozornost výzkumu realizovanému na FROV JU a CENAKVA.

Reference:

Fedorova, G., Sotnikov, A., Turek, J., Galicová, P., Kapukotuwa, G. R., Randák, T., Boryshpolets, S. (2025). Eyes as a Novel Target of Psychoactive Contaminants in Fish. Environmental Science & Technology Letters, 12 (10), 1301–1307.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.estlett.5c00607

Zbytky léčiv a jejich metabolitů lze najít v povrchových vodách, kde mohou negativně působit na vodní organismy i celý ekosystém. V rámci projektu GAČR jsme ve spolupráci s Přírodovědeckou fakultou naší univerzity provedli mesokosmový experiment, ve kterém jsme se zaměřili na vliv jednorázového znečištění léčivy na různé druhy vodních bezobratlých. K tomu jsme navíc simulovali vliv globálního oteplování, které je dalším důležitým stresorem.

Experiment by proveden ve čtyřech skupinách: exponovaná skupina (organismy, které byly vystaveny směsi 15 léčiv běžně se vyskytujících ve vodních tocích), kontrolní skupina (bez léčiv) a varianty obou předchozích s teplotou o 4 °C vyšší. Uspořádání pokusu simulovalo jednorázové znečištění biotopu v chladné sezóně (září až březen) a poté v létě (červen až srpen). Během experimentu jsme sledovali koncentrace přidaných léčiv a také jejich metabolitů ve vodě. Po ukončení experimentu jsme v jednotlivých druzích bezobratlých a také dalších složkách mesokosmů analyzovali koncentraci léčiv a jejich metabolitů kapalinovou chromatografií s hmotnostně-spektrometickou detekcí.

Několik léčiv, např. atenolol a metoprolol, bylo během pokusu přeměněno na transformační produkty, ale velká část byla ve vodě přítomna i několik měsíců po jednorázové aplikaci. Další léčiva pak byla nalezena v biotě. Mezi léčiva s nejvyšší bioakumulací patřil opioid tramadol, antiepileptikum karbamazepin, kardiovaskulární telmisartan, antidepresiva venlafaxin a citalopram a antihistaminikum cetirizin. Tato bioakumulace byla závislá na druhu, teplotě i sezóně. Beruška vodní (Asselus) a okružák ploský (Planorbarius corneus) vykazovaly hromadění nejvyšší počtu léčiv a jejich metabolitů a mohou být využity jako bioindikátory environmentálních studií zabývajících se klimatickými změnami a antropogenním znečištěním.

Podrobné informace lze nalézt v původním článku Grabicová, K., Duchet, C., Švecová, H., Randák, T., Boukal, D.S., Grabic, R., 2024. The effect of warming and seasonality on bioaccumulation of selected pharmaceuticals in freshwater invertebrates. Water Research 254: 121360. https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.121360

Dunaj je největší řekou v Evropské unii, která teče 2 826 km jihovýchodním směrem z Německa do Černého moře a sbírá vodu z povodí, které zahrnuje 19 zemí, což je více než kterákoli jiná řeka na světě. S cílem získat komplexní obraz o kvalitě vody v Dunaji a jeho hlavních přítocích pořádá Mezinárodní komise pro ochranu Dunaje pravidelný Společný průzkum Dunaje (JDS).

Hlavním účelem JDS je shromáždit důležité údaje o kvalitě vody v celé délce Dunaje a jeho hlavních přítoků. V minulosti byly provedeny čtyři JDS – v letech 2001, 2007, 2013 a 2019 – a pátý svého druhu, JDS5, probíhá v průběhu roku 2025. Cílem JDS5 je pokrýt informační mezery, nezbytné pro plánovanou aktualizaci Plánu povodí Dunaje v roce 2027.

Od roku 2013 se výzkumníci z Centra RECETOX Masarykovy univerzity v Brně (www.recetox.cz) a z Centra CENAKVA Fakulty rybářství a ochrany vod Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích (www.cenakva.cz) s podporou asociace NORMAN (www.norman-network.net) aktivně podílejí na projektu JDS. V roce 2019 jejich studie stanovila základní linii pro charakterizaci chemického znečištění v řece Dunaj pomocí inovativního přístupu, který kombinuje využití pasivní technologie odběru vzorků s komplexním chemickým a bioanalytickým hodnocením na deseti odběrných místech podél řeky. V roce 2025 je studie zopakována, aby se zjistilo, jak se vzorce a trendy kontaminace dunajské vody změnily za uplynulých šest let.

O výzkumu na Dunaji hovořil na Českém rozhlase Plus toxikolog Branislav Vrana z Centra RECETOX Masarykovy univerzity v Brně v čase (7:44–7:52).