Maa- ja metsätalouden torjunta-aineiden käytöstä Suomessa ja tärkeimpien yhdisteryhmien vaikutuksista vesissä

The use of pesticides in agricultute and forestry in Finland and the effects of the most important groups in waters.

Tutkimus kemiallisista jätevedenpuhdistamoista

Study of chemical sewage treatment plants.

Diastereomeric Drug Glucuronides: Enzymatic Glucuronidation and Analysis by Capillary Electrophoresis and Liquid Chromatography-Mass Spectrometry

Foreign compounds, such as drugs are metabolised in the body in numerous reactions. Metabolic reactions are divided into phase I (functionalisation) and phase II (conjugation) reactions. Uridine diphosphoglucuronosyltransferase enzymes (UGTs) are important catalysts of phase II metabolic system. They catalyse the transfer of glucuronic acid to small lipophilic molecules and convert them to hydrophilic and polar glucuronides that are readily excreted from the body. Liver is the main site of drug metabolism. Many drugs are racemic mixtures of two enantiomers. Glucuronidation of a racemic compound yields a pair of diastereomeric glucuronides. Stereoisomers are interesting substrates in glucuronidation studies since some UGTs display stereoselectivity. Diastereomeric glucuronides of O-desmethyltramadol (M1) and entacapone were selected as model compounds in this work. The investigations of the thesis deal with enzymatic glucuronidation and the development of analytical methods for drug metabolites, particularly diastereomeric glucuronides. The glucuronides were analysed from complex biological matrices, such as urine or from in vitro incubation matrices. Various pretreatment techniques were needed to purify, concentrate and isolate the analytes of interest. Analyses were carried out by liquid chromatography (LC) with ultraviolet (UV) or mass spectrometric (MS) detection or with capillary electromigration techniques. Commercial glucuronide standards were not available for the studies. Enzyme-assisted synthesis with rat liver microsomes was therefore used to produce M1 glucuronides as reference compounds. The glucuronides were isolated by LC/UV and ultra performance liquid chromatography (UPLC)/MS, while tandem mass spectrometry (MS/MS) and nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy were employed in structural characterisation. The glucuronides were identified as phenolic O-glucuronides of M1. To identify the active UGT enzymes in (±)-M1 glucuronidation recombinant human UGTs and human tissue microsomes were incubated with (±)-M1. The study revealed that several UGTs can catalyse (±)-M1 glucuronidation. Glucuronidation in human liver microsomes like in rat liver microsomes is stereoselective. The results of the studies showed that UGT2B7, most probably, is the main UGT responsible for (±)-M1 glucuronidation in human liver. Large variation in stereoselectivity of UGTs toward (±)-M1 enantiomers was observed. Formation of M1 glucuronides was monitored with a fast and selective UPLC/MS method. Capillary electromigration techniques are known for their high resolution power. A method that relied on capillary electrophoresis (CE) with UV detection was developed for the separation of tramadol and its free and glucuronidated metabolites. The suitability of the method to identify tramadol metabolites in an authentic urine samples was tested. Unaltered tramadol and four of its main metabolites were detected in the electropherogram. A micellar electrokinetic chromatography (MEKC) /UV method was developed for the separation of the glucuronides of entacapone in human urine. The validated method was tested in the analysis of urine samples of patients. The glucuronides of entacapone could be quantified after oral entacapone dosing.

Pystynävertäjän (Tomicus piniperda) vaikutus männyn (Pinus sylvestris) fotosynteesiin ja VOC-emissioihin

Pystynävertäjä on Suomessa yksi merkittävimpiä mäntyjen tuhohyönteisiä. Se syö männynversoja ontoiksi, minkä seurauksena nämä tippuvat maahan. Tästä aiheutuu puulle kasvutappioita ja metsänomistajalle tulonmenetyksiä. Pystynävertäjän ekologiaa on tutkittu paljon, mutta ei tiedetä, miten se vaikuttaa versojen fotosynteesiin ja haihtuvien orgaanisten yhdisteiden eli VOC-yhdisteiden emissioihin ennen versojen putoamista. Monissa muissa tutkimuksissa on havaittu herbivoreilla olevan vaikutusta isäntäkasviensa fotosynteesiin. Lisäksi herbivorian seurauksena isäntäkasvin VOC-emissiot ovat voineet muuttua laadultaan tai määrältään. Pystynävertäjän vaikutuksia versoihin tutkittiin kokeellisesti SMEAR II -asemalla Pirkanmaalla. Pystynävertäjän vaurioittamien ja kontrolliversojen fotosynteesiä mittattiin kahden männyn latvuksessa heinä–syyskuussa 2010. Mittaukset tehtiin kannettavalla fotosynteesimittauslaitteistolla. Samalla otettiin VOC-näytteitä neulasten emissioista adsorbenttiputkiin. Lisäksi toisesta koepuusta suljettiin pystynävertäjäja kontrolliverso raamikyvettiin, johon mahtui oksan kärkeä n. 20 cm. Raamikyvetin läpi kierrätetystä ilmasta kerättiin VOC-näytteitä SPME-kuituun ja siihen sitoutuneet yhdisteet analysoitiin enantiomeereittain. Pystynävertäjä- ja kontrolliversojen välillä ei ollut selvää eroa hiilen assimilaatiossa, transpiraatiossa, ilmarakokonduktanssissa, vedenkäytön tehokkuudessa tai fotokemiallisessa saannossa. Vain pahimmin vaurioituneissa versoissa vaurio vaikutti fotosynteesiin huomattavasti. Esimerkiksi fotokemiallinen saanto laski selvästi vasta, kun verso oli juuri katkeamaisillaan pystynävertäjän sisäänmenoreiän kohdalta. Neulaskyvettimittausten perusteella vaikuttaa siltä, että pystynävertäjä toisella koepuulla lisää monoterpeeniemissioita ja toisella vähentää niitä. Raamikyvettimittauksessa pystynävertäjä lisäsi (+)-enantiomeerin osuutta ?- ja ?-pineeni- sekä limoneeniemissioista, mutta emissioiden kokonaismäärä ei juuri eronnut kontrolliversosta. Pystynävertäjän vaikutukset versojen fotosynteesiin jäivät vähäisiksi, vaikka pystynävertäjä olikin tehnyt versoihin yhdestä neljään reikää ja niiden kohdalta poistanut suuren osan verson poikkileikkauspinta-alasta. Pystynävertäjän aiheuttamat kasvutappiot vaikuttavatkin olevan seurausta lähes yksinomaan versojen putoamisesta. Pystynävertäjä ei juuri vaikuttanut versosta haihtuvien yhdisteiden kokonaismäärään, mutta se muutti niiden keskinäisiä runsaussuhteita ja erityisesti enantiomeerien runsaussuhteita. Pystynävertäjien vaikutukset VOC-emissioihin näyttävät riippuvan suuresti kemotyypistä. Laajempien johtopäätösten tekeminen pystynävertäjän vaikutuksista männyn VOC-emissioihin vaatisi tutkimuksen toistamista suuremmalla koepuumäärällä.

Desorptio/fotoionisaatio ilmanpaineessa takavarikoitujen huumausaineiden, steroidien ja räjähdysaineiden tutkimuksessa

Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää desorptio/fotoionisaatio ilmanpaineessa tekniikan (engl. desorption atmospheric pressure photoionization, DAPPI) soveltuvuutta rikosteknisen laboratorion näytteiden analysointiin. DAPPI on nopea massaspektrometrinen ionisaatiotekniikka, jolla voidaan tutkia yhdisteitä suoraan erilaisilta pinnoilta. DAPPI:ssa käytetään lämmitettyä mikrosirua, joka suihkuttaa höyrystynyttä liuotin- ja kaasuvirtausta kohti näytettä. Näytteen pinnan komponentit desorboituvat lämmön vaikutuksesta, jonka jälkeen ionisoituminen tapahtuu VUV-lampun emittoimien fotonien avulla.DAPPI:lla tutkittiin takavarikoituja huumausaineita, anabolisia steroideja ja räjähdysaineita sekä niiden jäämiä erilaisilta pinnoilta. Lisäksi kartoitettiin DAPPI:n mahdollisuuksia ja rajoituksia erilaisille näytematriiseille ilman näytteiden esikäsittelyä. Takavarikoitujen huumausaineiden tutkimuksessa analysoitiin erilaisia tabletteja, jauheita, kasvirouheita, huumekasveja (khat, oopium, kannabis) ja sieniä. Anabolisia steroideja tunnistettiin tableteista sekä ampulleista, jotka sisälsivät öljymäistä nestettä. Jauheet ripoteltiin kaksipuoliselle teipille ja analysoitiin siltä. Muut näytteet analysoitiin sellaisenaan ilman minkäänlaista esikäsittelyä, paitsi nestemäisten näytteiden kohdalla näyte pipetoitiin talouspaperille, joka analysoitiin DAPPI:lla. DAPPI osoittautui nopeaksi ja yksinkertaiseksi menetelmäksi takavarikoitujen huumausaineiden ja steroidien analysoimisessa. Se soveltui hyvin rikoslaboratorion erityyppisten näytteiden rutiiniseulontaan ja helpotti erityisesti huumekasvien ja öljymäisten steroidiliuosten tutkimusta. Massaspektrometrin likaantuminen pystyttiin ehkäisemään säätämällä näytteen etäisyyttä sen suuaukosta. Likaantumista ei havaittu huolimatta näytteiden korkeista konsentraatioista ja useita kuukausia jatkuneista mittauksista. Räjähdysaineiden tutkimuksessa keskityttiin seitsemän eri räjähdysaineen DAPPI-MS-menetelmän kehitykseen; trinitrotolueeni (TNT), nitroglykoli (NK), nitroglyseriini (NG), pentriitti (PETN), heksogeeni (RDX), oktogeeni (HMX) ja pikriinihappoä Nämä orgaaniset räjähteet ovat nitraattiyhdisteitä, jotka voidaan jakaa rakenteen puolesta nitroamiineihin (RDX ja HMX), nitroaromaatteihin (TNT ja pikriinihappo) sekä nitraattiestereihin (PETN, NG ja NK). Menetelmäkehityksessä räjähdysainelaimennokset pipetoitiin polymetyylimetakrylaatin (PMMA) päälle ja analysoitiin siitä. DAPPI:lla tutkittiin myäs autenttisia räjähdysainejäämiä erilaisista matriiseista. DAPPI:lla optimoitiin jokaiselle räjähdysaineelle sopiva menetelmä ja yhdisteet saatiin näkymään puhdasaineina. Räjähdysainejäämien analysoiminen erilaisista rikospaikkamateriaaleista osoittautui haastavammaksi tehtäväksi, koska matriisit aiheuttivat itsessään korkean taustan spektriin, josta räjähdysaineiden piikit eivät useimmiten erottuneet tarpeeksi. Muut desorptioionisaatiotekniikat saattavat soveltua paremmin haastavien räjähdysainejäämien havaitsemiseksi.

Medetomidiinin glukuronidaation inhibitio

Lääkeainemetabolialla tarkoitetaan entsymaattisia reaktioita, jotka muuttavat lääkeaineita paremmin elimistöstä poistuvaan muotoon. Lääkeaineet voivat vaikuttaa toistensa metaboliaan inhiboimalla tai indusoimalla metaboloivia entsyymejä. Tällaisten interaktioiden seurauksena lääkeaineen pitoisuus elimistössä voi kasvaa jopa toksiseksi tai vähentyä merkittävästi. Tämä on erityisesti ongelmana silloin, kun käytössä on useita lääkkeitä samanaikaisesti. Lääketutkimuksessa onkin keskitytty tällaisten interaktioiden ennustamiseen ja niitä yritetään välttää tai ainakin vähentää. Työssä tutkittiin medetomidiinia, jonka on äskettäin havaittu metaboloituvan UDP-glukuronosyylitransferaasien (UGT) välityksellä. Työn tarkoituksena oli löytää medetomidiinin glukuronidaatiota inhiboivia yhdisteitä. Lisäksi haluttiin selvittää mahdollisen inhibition mekanismeja. On yleistä tutkia tietyn entsyymin substraatin interaktioita muiden saman perheen entsyymien kanssa. On kuitenkin harvinaisempaa tutkia tällaisia interaktioita kahden eri entsyymiperheen välillä. Tässä työssä tutkittiin inhiboivatko mahdolliset sytokromi P450 -entsyymiä (CYP) inhiboivat yhdisteet myös medetomidiinia glukuronoivia UDP-glukuronosyylitransferaaseja. Glukuronidaation inhibitiota tutkittiin HPLC-menetelmällä, joka on kehitetty aiemmin medetomidiinin glukuronidaation tutkimiseen. Aluksi glukuronidaatiota tutkittiin ilman inhibiittoreita. Tämän jälkeen tutkittiin kolmen mahdollisen inhibiittoriyhdisteen vaikutuksia medetomidiinin glukuronidaatioon ja tuloksia verrattiin ilman inhibiittoria saatuihin tuloksiin. Kolmen tutkitun yhdisteen havaittiin inhiboivan medetomidiinin glukuronidaatiota. Tutkimuksessa havaittiin myös mielenkiintoinen ilmiö, jossa inhibiittoriyhdisteen sitoutuminen aiheutti entsyymikineettisiä muutoksia UDP-glukuronosyylitransferaasin toiminnassa. On mielenkiintoista, että samat yhdisteet inhiboivat sekä CYP- että UGT-metaboliaa. Tulosten perusteella voidaan päätellä, että jos CYP ja UGT metaboloivat samaa yhdistettä, on mahdollista että yhdisteen rakenteelliset analogit aiheuttavat interaktioita molempien entsyymien kanssa. Uusia lääkeaineita kehitettäessä onkin otettava huomioon yleisesti tunnettujen CYP-entsyymien lisäksi myös UGT:t ja niiden mahdolliset yhteisvaikutukset.

Clorinated hydrocarbons and mercury in zooplankton near the coast of Finland.

Tiivistelmä: Kloorattujen hiilivetyjen ja elohopean esiintymisestä eläinplanktonissa Suomen rannikkovesissä.