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Elucidation of bioconcentration characteristics of ionic organic organic chemicals and development of a prediction method

Research Project

Project/Area Number 20H04356
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 64010:Environmental load and risk assessment-related
Research InstitutionPrefectural University of Kumamoto

Principal Investigator

Kobayashi Jun  熊本県立大学, 環境共生学部, 教授 (00414368)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 櫻井 健郎  国立研究開発法人国立環境研究所, 環境リスク・健康領域, 室長 (90311323)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Keywords生物濃縮 / PFAS / 医薬品 / 結合自由エネルギー / タンパク結合 / ドッキングシミュレーション / イオン性有機化学物質 / 肝代謝 / 生物濃縮係数 / 速度定数 / 代謝 / ニジマス / ペルフルオロアルキル酸
Outline of Research at the Start

ペルフルオロオクタンスルホン酸(PFOS)のようなイオン性化学物質の生物濃縮の予測精度は低く、予測精度の向上が求められている。予測精度の向上のためには、対象物質の生体内への取り込み、代謝、排泄に関するモデルパラメータの取得が重要であるが、情報が限られている。本研究では、環境残留性のあるイオン性化学物質を対象に暴露実験、タンパク結合実験、代謝実験等を行い、イオン性化学物質の生物濃縮特性を明らかにし、これらの結果をもとに生物濃縮係数の高精度予測手法を構築する。

Outline of Final Research Achievements

The objective of this study was to elucidate the bioconcentration characteristics of ionic organic compounds such as per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) and pharmaceuticals in fish and to develop a method for predicting bioconcentration factors (BCF). Bioconcentration experiment of pharmaceuticals was conducted on rainbow trout to clarify BCF, half-life, and efficiency of uptake via the respiratory surface. The binding constants were determined by protein binding experiments with albumin of the target substance, and the binding free energy (ΔG) was further estimated by simulation. The log BCF of PFAS and pharmaceuticals could not be explained or predicted only by the ΔG values. We applied machine learning using the ΔG and other variables and developed the method to predict the log BCF of PFAS and pharmaceuticals in an integrated manner.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ポリ塩化ビフェニルのような疎水性の有機化合物はオクタノール/水分配係数の対数値(log Kow)を用いて生物濃縮係数(BCF)を予測する手法が確立されているが、特に界面活性剤であるPFASはlog Kowを得ることが困難なため、適切な予測手法の確立が課題であった。本研究ではPFAS、医薬品を対象とし、アルブミン等のタンパクとの結合自由エネルギーに着目して各種実験やシミュレーション、機械学習を用い、生物濃縮係数の予測手法を構築した。本手法を用いることで4700種以上あるPFASや医薬品といったイオン性有機化合物のBCFの予測が可能となり、魚類に対するPFASの暴露評価やリスク評価に貢献できる。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2023 2022 2021

All Presentation (7 results)

  • [Presentation] パーフルオロアルキル酸代替化合物の魚における生物蓄積モデル動力学パラメーター推定の検討2023

    • Author(s)
      櫻井健郎、遠藤 智司、小林 淳、鈴木 規之
    • Organizer
      第2回環境化学物質3学会合同大会(第31回環境化学討論会、第25回環境ホルモン学会研究発表会、第27回日本環境毒性学会研究発表会)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] イオン性化学物質の生物濃縮係数とタンパク結合定数との関係について2022

    • Author(s)
      磯本怜佳、櫻井健郎、小林淳
    • Organizer
      第1回環境化学物質3学会合同大会(第30回環境化学討論会、第24回環境ホルモン学会研究発表会、第26回日本環境毒性学会研究発表会)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] パーフルオロアルキル酸の水圏食物網における生物蓄積挙動のモデル化2022

    • Author(s)
      櫻井健郎、小林淳、鈴木規之
    • Organizer
      第1回環境化学物質3学会合同大会(第30回環境化学討論会、第24回環境ホルモン学会研究発表会、第26回日本環境毒性学会研究発表会)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ヒラメにおけるパーフルオロアルキル酸化合物の腸管経由の取り込み動態について2022

    • Author(s)
      小林淳、磯崎涼介、櫻井健郎、水川薫子
    • Organizer
      第1回環境化学物質3学会合同大会(第30回環境化学討論会、第24回環境ホルモン学会研究発表会、第26回日本環境毒性学会研究発表会)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] G-CIEMSを用いた河川水中医薬品濃度の予測精度向上のための検討2022

    • Author(s)
      梅田和貴、今泉圭隆、黒田啓介、三小田憲史、櫻井健郎、小林淳
    • Organizer
      第1回環境化学物質3学会合同大会(第30回環境化学討論会、第24回環境ホルモン学会研究発表会、第26回日本環境毒性学会研究発表会)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ニジマスにおける医薬品の移行動力学2021

    • Author(s)
      牧 隆成,上村 幸,櫻井 健郎,小林 淳
    • Organizer
      第29回環境化学討論会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] パーフルオロアルキル酸化合物の海水から海産ゴカイへの移行動力学2021

    • Author(s)
      櫻井健郎,遠藤智司,水川薫子,小林淳
    • Organizer
      第29回環境化学討論会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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