In Vitro Mammalian Mutagenicity of Complex Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Mixtures in Contaminated Soils

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dc.contributor.author

Lemieux, Christine L.

Long, Alexandra S.

Lambert, Iain B.

Lundstedt, Staffan

Tysklind, Mats

White, Paul A.

dc.date.accessioned

2024-04-26T14:48:02Z

dc.date.available

2024-04-26T14:48:02Z

dc.date.issued

2014-11-24

dc.description - en

Under the Federal Contaminated Sites Action Plan, Health Canada is an Expert Support Department, which means that it provides expert advice, guidance, training and tools on best practices and innovative methods for human health risk assessment to other federal departments. Toxicological evaluations of contaminated sites involve quantification of priority pollutant contamination, and subsequent human health risk assessment. Sites that pose the highest risk of adverse health effects are prioritised for remediation, rehabilitation or access restriction. Sites with a history of coke production, petrochemical processing, metal refining and founding, or coal gas production are often contaminated with high levels of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), several of which have the ability to induce genetic mutations and/or cancer. Assessments of lifetime cancer risk posed by complex mixtures of PAHs at contaminated sites generally employ an assumption of "additivity", whereby the total hazard/risk attributable to the PAH mixture is equal to the sum of the incremental contributions of a targeted subset of PAHs with known biological activity. This study employed cultured mouse cells to assess the ability of targeted PAHs, defined mixtures of targeted PAHs, and complex PAH-containing mixtures from contaminated soils to induce mutations and, moreover, used the results to evaluate the assumption of response additivity. The results showed that the ability of complex PAH-containing mixtures to induce mutations is generally within two-fold of that predicted based on the sum of the expected contributions from a small number of targeted PAHs. This indicates that although the mutagenic activity of a PAH-contaminated soil can be influenced by the levels of both targeted and non-targeted PAHs and polar aromatic compounds, the total activity appears to be dominated by a small number of PAHs that have already been identified and characterised. Thus, regulatory decisions based on an assumption of response additivity of targeted PAHs appear scientifically sound. These findings will support human health risk assessment advice given to federal departments managing contaminated sites.

dc.description.abstract - en

This study employed an in vitro version of the lacZ transgenic rodent mutation assay to assess the mutagenicity of nonpolar neutral and semipolar aromatic soil fractions from 10 PAH-contaminated sites, and evaluated the assumption of dose additivity that is routinely employed to calculate the risk posed by PAH mixtures. Significant mutagenic activity was detected in all nonpolar neutral fractions, and 8 of 10 semipolar aromatic fractions (nonpolar > semipolar). Mutagenic activity of synthetic PAH mixtures that mimic the PAH content of the soils (i.e., 5-PAH or 16-PAH mix) were greater than that of the PAH-containing soil fractions, with 5-PAH mix >16-PAH-mix. Predictions of mutagenic activity, calculated as the sum of the contributions from the mutagenic mixture components, were all within 2-fold of the observed activity of the nonpolar neutral fractions, with one exception. Observed differences in mutagenic activity are likely the result of dynamic metabolic processes, involving a complex interplay of AhR agonsim and saturation of metabolic machinery by competitive inhibition of mixture components. The presence of hitherto unidentified polar compounds present in PAH-contaminated soils may also contribute to overall hazard; however, these compounds are generally not included in current contaminated site risk assessment protocols.

dc.description.abstract-fosrctranslation - fr

Cette étude a utilisé une version in vitro du test de mutation de rongeur transgénique lacZ pour évaluer la mutagénicité des fractions de sol aromatiques neutres et semi-polaires provenant de 10 sites contaminés par des HAP, et a évalué l'hypothèse d'additivité de dose qui est couramment utilisée pour calculer le risque posé par Mélanges de HAP. Une activité mutagène significative a été détectée dans toutes les fractions neutres non polaires et dans 8 des 10 fractions aromatiques semipolaires (non polaires > semipolaires). L'activité mutagène des mélanges de HAP synthétiques qui imitent la teneur en HAP des sols (c.-à-d. mélange de 5-PAH ou de 16-PAH) était supérieure à celle des fractions de sol contenant des HAP, avec un mélange de 5-PAH > un mélange de 16-PAH. Les prédictions de l'activité mutagène, calculées comme la somme des contributions des composants du mélange mutagène, étaient toutes inférieures à 2 fois l'activité observée des fractions neutres non polaires, à une exception près. Les différences observées dans l'activité mutagène sont probablement le résultat de processus métaboliques dynamiques, impliquant une interaction complexe entre l'agonie de l'AhR et la saturation de la machinerie métabolique par l'inhibition compétitive des composants du mélange. La présence de composés polaires jusqu'à présent non identifiés dans les sols contaminés par les HAP peut également contribuer au risque global ; cependant, ces composés ne sont généralement pas inclus dans les protocoles actuels d’évaluation des risques liés aux sites contaminés.

dc.description.fosrctranslation - fr

Dans le cadre du Plan d'action pour les sites contaminés fédéraux, Santé Canada est un ministère de soutien expert, ce qui signifie qu'il fournit à d'autres ministères fédéraux des conseils d'experts, des orientations, de la formation et des outils sur les meilleures pratiques et les méthodes innovantes d'évaluation des risques pour la santé humaine. Les évaluations toxicologiques des sites contaminés impliquent la quantification de la contamination prioritaire par les polluants et l'évaluation ultérieure des risques pour la santé humaine. Les sites qui présentent le risque le plus élevé d’effets néfastes sur la santé sont prioritaires pour l’assainissement, la réhabilitation ou la restriction d’accès. Les sites ayant des antécédents de production de coke, de traitement pétrochimique, de raffinage et de fonderie de métaux ou de production de gaz de houille sont souvent contaminés par des niveaux élevés d'hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), dont plusieurs ont la capacité d'induire des mutations génétiques et/ou des cancers. Les évaluations du risque de cancer au cours de la vie posé par des mélanges complexes de HAP sur des sites contaminés utilisent généralement une hypothèse d'« additivité », selon laquelle le danger/risque total attribuable au mélange de HAP est égal à la somme des contributions supplémentaires d'un sous-ensemble ciblé de HAP avec activité biologique connue. Cette étude a utilisé des cellules de souris en culture pour évaluer la capacité des HAP ciblés, des mélanges définis de HAP ciblés et des mélanges complexes contenant des HAP provenant de sols contaminés à induire des mutations et, en outre, a utilisé les résultats pour évaluer l'hypothèse d'additivité de la réponse. Les résultats ont montré que la capacité des mélanges complexes contenant des HAP à induire des mutations est généralement deux fois supérieure à celle prédite sur la base de la somme des contributions attendues d’un petit nombre de HAP ciblés. Cela indique que même si l'activité mutagène d'un sol contaminé par des HAP peut être influencée par les niveaux de HAP ciblés et non ciblés et de composés aromatiques polaires, l'activité totale semble être dominée par un petit nombre de HAP déjà identifiés. et caractérisé. Ainsi, les décisions réglementaires fondées sur l’hypothèse d’une additivité de la réponse des HAP ciblés semblent scientifiquement fondées. Ces résultats appuieront les conseils en matière d'évaluation des risques pour la santé humaine donnés aux ministères fédéraux gérant des sites contaminés.

dc.identifier.doi

https://doi.org/10.1021/es504465f

dc.identifier.uri

https://open-science.canada.ca/handle/123456789/2364

dc.language.iso

en

dc.publisher

American Chemical Society

dc.subject - en

Health

Health and safety

dc.subject - fr

Santé

Santé et sécurité

dc.subject.en - en

Health

Health and safety

dc.subject.fr - fr

Santé

Santé et sécurité

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In Vitro Mammalian Mutagenicity of Complex Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Mixtures in Contaminated Soils

dc.type - en

Article

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