備忘録 a record of inner life

やったことや考えたこと・本・論文・音楽の備忘録。 特に環境科学・生態毒性に関して。

論文のメモ:ニジマス鰓細胞のタイトジャンクションとイオン性有機物質

Fuchylo U, Alharbi HA, Alcaraz AJ, Jones PD, Giesy JP, Hecker M, Brinkmann M (2022). Inflammation of gill epithelia in fish causes increased permeation of petrogenic polar organic chemicals via disruption of tight junctions, Environmental Sci Technol 56(3): 1820-1829.

上皮細胞のタイトジャンクションのバリア機能が低下すると、有害物質が魚の体内に入りやすくなるのではないかという仮説を検証した論文。感染症と化学物質の複合曝露という文脈。ニジマスの鰓細胞とニジマス個体を、リポ多糖(LPS)に曝露して炎症反応を起こさせ、バリア機能を低下させてからOil sands process-affected water(OSPW)の細胞/体内移行を調べています。

論旨は明確で、仮説通りの結果。qPCRとRNA-Seqをしたり、in vivoとin vitroの両方を試験したり、経上皮電気抵抗(TER)を調べていたり仕事は丁寧。中性物質ではなくイオン性有機物質(IOC)を対象にしていることと、OECDテストガイドラインにも採択されたばかりのニジマス鰓細胞を用いている点がトレンドを抑えていて、ES&Tという感じ。強いて言えばエラへの移行の話が半定量的なので、その点はもっと定量的に知りたかったです。

この論文読むにあたりClaudinとかTERとか色々調べて、勉強になりました。面白かったです。

Claudinファミリーには、ヒトなどでは20種以上の遺伝子があり、それぞれイオンや溶質の透過性を規定しているらしいです。イオンチャネル様構造を作るタイプもあれば、強いバリアを作るタイプもあるとか(岩本&古瀬, 2013, Drug delivery System)。

上のFuchyloら(2022)で引用されていたTrubittら(2015, Comparative Biochem Physiol)では"Based on in silico analysis, Cldn-10e is expected to form cation-selective paracellular pores (Tipsmark, unpublished),"とありました。

 

Brinkmann M, Alharbi H, Fuchylo U, Wiseman S, Morandi G, Peng H, Giesy JP, Jones PD, Hecker M (2020). Mechanisms of pH-dependent uptake of ionizable organic chemicals by fish from oil sands process-affected water (OSPW). Environ. Sci. Technol. 54(15): 9547-9555.

上の論文と同じグループで、同じくニジマスエラ細胞のイオン性物質の透過について。

エラ細胞にOSPWを曝露し、複数pH下での、ナフテン酸混合物や、OSPW中の有機酸の細胞への取り込みを評価した論文。有機酸は低pHだとneutralになるため取り込まれやすいのかと思いきや、結果は逆で高pH(8.5)の方が多くの種類の有機酸が細胞へ移行しています。もっともDicyclohexylacetic acidなどの一部標準品は高pHほど取り込まれにくくなっています。
この理由として有機酸は両親媒性(amphiphilic)で、pH 8.5付近ではリン脂質にくっつくからではないか、とか能動的な取り込みがあるのでは、と考察されています。
能動的な取り込みについては、ATP-binding cassetteトランスポーターなどを阻害するCyclosporin A共存下でOSPWに曝露して、有機酸の取り込みが減少することも確認されてます。
さらにin vivo、つまりニジマス個体を使った実験も行っています。in vivoの結果、エラへの取り込みはin vitroの結果と合致していますが(高pHほど取り込み増加)、体全体への取り込みはpH 7.4で最大だったそうです。

 

 

Erickson RJ, McKim JM, Lien GJ, Hoffman AD, Batterman SL, 2006, Uptake and elimination of ionizable organic chemicals at fish gills: I. Model formulation, parameterization, and behavior, Environ Toxicol Chem 25(6): 1512-1521.

ちょっと古めですが、イオン性有機物質(IOC)の魚への移行について。

pHが変化してもあまりIOCの毒性や移行は変わらないことがイントロで述べられていて、IOC(というか有機酸)のbioavailabilityは(i)CO2アンモニアなどの排泄物がミクロな環境のpHを変えうること、(ii)エラ上皮はいくつもの層があって体内への移行は複雑であること(ここの理解怪しい)、(iii)荷電した状態でも膜を通過すること、が影響するとのことです。この論文はこれらの影響を数理モデル化した研究っぽいです。ちゃんと読んでませんが面白そう。

 

論文のメモ: PPCPs汚染の世界規模でのモニタリング

Wilkinson JL, Boxall AB, Kolpin DW, Leung KM, Lai RW, Galbán-Malagón C, ... Teta C, 2022, Pharmaceutical pollution of the world’s rivers, Proc National Acad Sci 119(8).

PNAS。世界規模で医薬品・生活関連物質(PPCPs)の測定を行った論文。読みやすいです。自分の知っている研究者ではYork大のAlistair Boxallや韓国のKenneth Leungなどが著者に入っています。

やっていることはシンプルで、これまでモニタリング情報がなかった地域で環境水中のPPCPs濃度を測定し、生態系へのリスクを推定したり、PPCP濃度と社会経済的な指標との関連を議論したりしています。日本を含む104か国、1052地点からサンプリングし、61物質の分析を実施。砂漠や高地、バグダッド、南極からもサンプリングしています。

印象的なのは、低所得国よりも低中所得国(countries of lower-middle income)の方が高濃度汚染が見られたという結果。低所得国はそもそも医薬品が十分にないので汚染がそこまで進んでいないが、低中所得国だと医薬品はあるが水処理施設がないためにそのような結果になると考察されてます。

各物質単独の生態リスクを見た場合、あまり高くなく、一部の物質(特にpropranolol、sulfamethoxazole)でしか予測無影響濃度(PNEC)を超えてなかったようです。もっとも複数の物質による複合的な影響は、そこまで踏み込んで議論されていません。

わずか61個(いやもちろん1つの研究で実施するには十分多いのですが)のPPCPsの濃度が生態リスクをどこまで代表しているかは分からないので、こういう研究をバイオアッセイでやってみたら面白そう。水サンプルを凍結して送ってもらって、一か所でバイオアッセイ。ついでにTIE&EDAなこともやって何が主要なストレス要因物質か同定したら、めちゃ面白そう。

 

Gunnarsson L, Snape JR, Verbruggen B, Owen SF, Kristiansson E, Margiotta-Casaluci L, ... & Tyler CR, 2019, Pharmacology beyond the patient–The environmental risks of human drugs, Environ International 129: 320-332.

上のWilkinsonでのPNECソースに使われている論文。ちゃんと読んでません。どうやらこの論文もPPCPsの慢性試験データを集めてきて、解析している論文のようです。PPCPsのターゲット部位の相同遺伝子が対象生物(魚、ミジンコ、藻類)にあると毒性値が下がる傾向にあるのは、当たり前かもしれませんが面白い。生態毒性的にはSeqapassなどと似ているアプローチですね。

魚の血漿中濃度から毒性を予測しようとするアプローチで、抗がん剤の毒性を過小評価してしまうなどの話もあります。

 

 

 

Maack G, Williams M, Backhaus T, Carter L, Kullik S, Leverett D, ... Van den Eede C, 2021, Pharmaceuticals in the Environment: Just One Stressor Among Others or Indicators for the Global Human Influence on Ecosystems?. Environ Toxicol Chem, in press. 

ついでに。

ET&CにPPCPsの特集号が組まれていて、このMaack et al.(2021)はそのイントロ。「2016年にもPPCPsの特集号が組まれたけど、まだよく分からないこと多いよー」的な話。上のWilkinson et al.(2021)にもつながる、モニタリング地域の偏りも少し触れられています。

 

 

論文のメモ: 甲殻類のPAH代謝とCYP

いつも地味に気になっているがすぐ忘れてしまうCYP代謝のメモ。

 

Ikenaka Y, Eun H, Ishizaka M, Miyabara Y, 2006, Metabolism of pyrene by aquatic crustacean, Daphnia magna, Aquatic Toxicol 80(2): 158-165.

ミジンコにおける、PAHの1種ピレンの代謝産物を同定しています。Phase IでCYPによる酸化、Phase IIでsulfotransferaseなどによる硫酸抱合が生じていることを示唆。陸域の無脊椎では硫酸抱合はあまりなされておらず、ミジンコで硫酸抱合が生じているのは硫酸イオンが豊富な水域で進化した結果だろうという考察が面白い。CYP阻害剤としてSKF-525Aを使用。

 

Akkanen J, Kukkonen JV, 2003, Biotransformation and bioconcentration of pyrene in Daphnia magna, Aquatic Toxicol 64(1): 53-61.

上の論文で引用されていたもの。同じくミジンコ。14C標識してピレンそのものと代謝物含めたものの取り込みを調べた論文。こちらはPBO(piperonyl butoxide)でCYP阻害をしています。

 

Lee JH, Landrum PF, 2006, Application of multi-component damage assessment model (MDAM) for the toxicity of metabolized PAH in Hyalella azteca, Environ Sci Technol 40(4): 1350-1357.

ヨコエビH. aztecaにピレンとフルオレンを曝露させて、さらにPBOの有無による体内取り込みの違いを調べた論文。

PBOを共曝露することで代謝物に影響は生じていますが、親物質の濃度はピレン・フルオレンともに変化なし。この点、完全に勘違いしていてハッとさせられました。代謝の方が律速になっているからPBOの有無によって親物質濃度は変わらないんですね。

 

論文のメモ: 2022年に出た6PPD-Quinoneの報告

ギンザケ死亡症候群の原因物質であると昨年末報告された6PPD quinone(6PPD-キノン; 6PPD-Q)の話(→昨年末のScience)。2021年の半ばまではまだ標準品がなかったので速報的なものが多かったですが(→2021年に出た論文のまとめ)、Scienceの論文発表から丸1年以上経過したので、そろそろ本格的な報告が出始めてきました。

 

Seiwert B, Nihemaiti M, Troussier M, Weyrauch S, Reemtsma T 2022, Abiotic oxidative transformation of 6-PPD and 6-PPD quinone from tires and occurrence of their products in snow from urban roads and in municipal wastewater, Water Res 212: 118122.

6PPDや6PPD-Qをオゾン酸化して、生成される物質を探索した論文。

固体と液体の6PPDにオゾンをあてた時、固体の方が6PPD-Qができやすいというのは面白い。何故かはよく分かりません。物質によってその傾向は違っていて、例えば4-hydroxydiphenylamine(4-HDPA)などは液体の方が多く出来てます。これに関しては、4-HDPAがオゾン酸化以外に加水分解などで生成するからでしょうか?

雪を採取して、その液体成分と粒子状成分との比率を求めているのが面白い!検出された量のうち>90%が粒子から回収されたそうです。平衡に達するのが遅いので、ゆっくり水に溶けだすだろうというのはこれまでのJohannesen(2021, Arch Env Contam Toxicol)の報告などとも整合しています。ここに書いたNiu(2021, ES&T)みたいな手法で、流出水の平衡/非平衡状態を検証したい…!

あと下水処理場流入水・処理水を対象に分析もしています。6PPD-Qは処理水では検出されず、流入水でも晴れの間は検出されなかったそうです。

 

Rauert C, Charlton N, Okoffo ED, Stanton RS, Agua AR, Pirrung MC, Thomas KV, 2022, Concentrations of Tire Additive Chemicals and Tire Road Wear Particles in an Australian Urban Tributary, Environater Sci Tehcnol in press. 

オーストラリアからの報告。6PPD-Qだけでなく、ジフェニルグアニジンやベンゾチアゾール類、HMMMなどのタイヤ添加物の都市河川中濃度を測定しています。さらに熱分解GC/MSで、粒子中のスチレン・ブタジエンゴム、、ブタジエンゴムの含有量を測り、タイヤ・路面摩耗粒子(TRWPs)の量を推定しています。この論文はまだ6PPD-Qの標準品ではなく、合成品を使っていますね。

ちょっとdescriptibveな感もありますが、オーストラリアではアメリカやカナダ、ドイツに比べて対象物質の濃度が低い、降雨の後半まで濃度が持続するなど、興味深い話もあり。後者はfist flush(汚濁負荷の大半が項羽初期に流出する現象)ではないものとして、Peterら(2020)などが報告している話と一致しています。

 

(追記 2022.02.18)

こんな記事を発見。

West Coast Salmonids All Tired Out? – Estuary News Magazine

Jenifer McIntyreさんの結果として、"Beyond coho, other salmonid species seem more tolerant of exposure to tire leachate and stormwater. In lab testing, McIntyre says, the same exposure rates that quickly killed coho did not cause death in chum and sockeye salmon. In steelhead and Chinook, some of the fish died after exposure. Some of these findings are yet to be published."とあります。Chum salmonシロザケについては論文でも、路面排水で死ななかった話が報告されてますが、他のサケでも知見が揃ってきているようす。

 

(追記 2022.03.09)

Brinkmann M, Montgomery D, Selinger S, Miller JG, Stock E, Alcaraz AJ, Challis JK, Weber L, Janz D, Hecker M, Wiseman S, 2022, Acute Toxicity of the Tire Rubber-Derived Chemical 6PPD-quinone to Four Fishes of Commercial, Cultural, and Ecological Importance, Environ Sci Technol Lett in press.

カナダから毒性試験の報告。カワマスSalvelinus fontinalisニジマスOncorhynchus mykissには0.1~2 μg/Lで致死影響が出るのに、ホッキョクイワナSalvelinus alpinusチョウザメAcipenser transmontanusには20 μg/Lでも影響が出なかったそうです。同じ属でも感受性が10倍以上違っていて、面白い!

 

(追記 2022.03.24)

Cao G, Wang W, Zhang J, Wu P, Zhao X, Yang Z, Hu D, Cai Z, 2022, New evidence of rubber-derived quinones in water, air, and soil, Environ Sci Technol in press.

6PPD-Qも含めたPPDのキノン体5種の濃度を、香港の大気粉塵、路面排水、道路脇の土壌について調べた論文。6PPD-Q以外のキノン体は標準品がないため、合成しています。

大気粉塵や土壌では親物質とキノン体の濃度は同じくらいなのに、路面排水だとキノン体濃度が高く検出されたというのは面白い(ただ大気粉塵ではDPPDだけキノン体がかなり増えています)。大気粉塵ではDPPDのキノン体の割合が高く、路面排水や土壌では6PPD-Qの割合が48~76%と高いです。

路面排水中の6PPD-Qの濃度は0.21~2.43 μg/Lで、全てのサンプルでギンザケの24-h LC50値(95 ng/L; Tian et al., 2022, ES&T Letters)よりも高いですね。受水域ではもちろんもっと薄くなるはずですが。

 

 

(追記 2022.04.19)

Hu X, Zhao HN, Tian Z, Peter KT, Dodd MC, Kolodziej EP, 2022, Transformation Product Formation upon Heterogeneous Ozonation of the Tire Rubber Antioxidant 6PPD (N-(1, 3-dimethylbutyl)-N′-phenyl-p-phenylenediamine), Environ Sci Technol Letters in press.

Scienceの論文のグループから。Pureな6PPDとタイヤ粉末をオゾン酸化させて、6PPD-Qや他の変化物の生成を調べた論文。6時間の反応で、pureな6PPDからは9.7%の6PPDが、タイヤ粉末からは0.95%が6PPD-Qに変化したとのことです(molベース)。59~81%以上の6PPDが反応していることから、6PPD-Qのほかにも色々生成していることが分かります。そして実際にそれらの物質の生成がQTOF-MSで調べられています。

 

 

(追記 2022.05.13)

Zhang YJ, Xu TT, Ye DM, Lin ZZ, Wang F, Guo Y, 2022, Widespread N-(1, 3-Dimethylbutyl)-N′-phenyl-p-phenylenediamine Quinone in Size-Fractioned Atmospheric Particles and Dust of Different Indoor Environments, Environ Sci Technol Letters in press.

室内の浮遊粒子中の6PPD-Q濃度と、多様な室内環境における塵埃中の6PPD-Q濃度を報告しています。浮遊粒子については、ヒトへの影響の観点から、0.43−0.65, 0.65−1.1, 1.1−2.1, 2.1− 3.3, 3.3−4.7, 4.7−5.8, 5.8−9.0, and 9.0−10 μmと細かく分画してそれぞれの濃度を測っています。結果、粗いほど(9~10 μm)濃度が高かったそうです。また色んな住環境で測定した結果、車中の塵埃が最も高濃度で、次いでショッピングモールとのこと。

論文のメモ: サケの産卵前致死の事例

サケが川に遡上してきて産卵前に死亡する現象(Prespawn mortality)。ギンザケを対象にしたScience論文のグループの研究(NOAA、ワシントン州立大学ワシントン大学タコマ校など)ばかり追ってましたが、この現象は他のグループからも色々報告されてました。

 

Bowerman T, Keefer ML, Caudill CC, 2016, Pacific salmon prespawn mortality: patterns, methods, and study design considerations, Fisheries 41(12): 738-749.

Prespawn mortality(PSM)の調査方法に関するレビュー。死亡の原因は、高温、高密度、感染症、(高温に伴う)貧酸素、そしてギンザケの研究で言われている路面排水などの複合的なものだと述べています。

PSMが見られるサケは、chinook salmon(Oncorhynchus tshawytscha; king salmon, マスノスケ)が多く、sockeye salmon(Oncorhynchus nerka; ベニザケ)やcoho salmon(O. kisutch ; ギンザケ)も。稀にchum salmon(O. keta; シロザケ)とニジマスsteelhead(O. mykiss)の死亡も報告されているようです。この論文の対象地域は北米北西海岸のみ。

 

Keefer ML, Naughton GP, Clabough TS, Knoff MJ, Blubaugh TJ, Morasch MR, ... & Caudill CC, 2020, Tissue toxicants and prespawn mortality in Willamette River Chinook salmon, Environ Biol Fishes 103(2): 175-183.

上のレビューのグループから、産卵に成功/失敗したchinook salmonメスの筋肉や皮膚中の有害物質濃度(金属、DDT、PCB濃度など)を測定した論文。有害物質濃度との関連は認められなかったという結論です。

なお金属や殺虫剤、PAHを対象とした同様の検討はcoho salmonギンザケでもなされていて、6PPD-キノンが原因とするScience論文に行き着くわけです。

"We did not expect evidence of acute toxicity like the respiratory impairment observed in Puget Sound coho salmon (e.g., McIntyre et al. 2018) based on seasonal patterns of mortality in the Willamette River populations (Bowerman et al. 2018)."として、chinook salmonの場合は慢性影響ではないかと書いてます。この記述に関してはちょっと保留。症状などから魚種によって別のメカニズムだと言えるなら信憑性が高いですが。

 

 

論文のメモ: ギンザケに対する6PPD-キノンの急性毒性値の更新

2020年の末にワシントンのグループによって、降雨時のギンザケ死亡の原因物質であることが報告された6PPD-キノンの続報(参考:ギンザケの死亡を引き起こすタイヤ由来の化学物質)。

 

Tian Z, Gonzalez M, Rideout CA, Zhao HN, Hu X, Wetzel J, ... Kolodziej EP, 2022, 6PPD-Quinone: Revised toxicity assessment and quantification with a Commercial Standard. Environ Sci Technol Letters.

昨年の学会(SETAC NA 42nd Annual Meeting)で報告されていた内容です。

Science論文の時は、6PPDのオゾン酸化またはタイヤからの精製物を用いて、毒性試験・定量していましたが、市販の標準品を用いて改めて実験し直すと、ギンザケに対する24-h LC50はScience論文の790 ng/Lから8倍ほど低下して、わずか95 ng/Lになったとのこと。毒性試験は市販品を用いて3回やり直しており、それなりに信頼性はありそう。95 ng/Lという低濃度は中々ないレベルで、パラチオンやクロルピリホスカドミウムなどと毒性の強さを比較されています。

毒性値が低くなったと言っても、Science論文では環境試料の定量も毒性試験も、同じ自前の合成品を用いて行ったので、環境中濃度の推定値も同様に低くなっており、Science論文における野外での6PPD-キノンのリスク評価結果は特に変わらないと思われます。

 

論文のメモ: 底質(毒性試験)における生物攪拌の影響

2歳半近くになりイヤイヤ期を脱した娘。この1年間くらい、だいたい同じ年齢の甥っ子や姪っ子(つまり娘にとってはいとこ)と会うたびに、おもちゃを取り合って衝突していましたが、ようやくそれが収まる兆しを見せてきたかも。帰省の間、数回に1回、自ら引く姿を見せていました。

大人から見ると明らかに会話が成立していないけど、というか会話すらほぼないけど、年長の子の「イェーイ」的な声に合わせて2歳頃の子たちが爆笑する様子が面白い。

 

Ciarelli S, van Straalen NM, Klap VA, van Wezel AP, 1999, Effects of sediment bioturbation by the estuarine amphipod Corophium volutator on fluoranthene resuspension and transfer into the mussel (Mytilus edulis), Environ Toxicol Chem 18(2): 318-328.

古いけど見落としていた論文。フルオランテンをスパイクした底質に、ヨコエビCorophium volutatorとイガイMytilus edulisを30日間曝露させ、イガイへのフルオランテンの移行などを調べた研究です。ヨコエビの数が増えると、ヨコエビの活動( = bioturbation)によって懸濁粒子が増えて、イガイへのフルオランテンの移行量も増えています。

よくある感じの研究ですが、上層水におけるフルオランテンの溶存態と懸濁態や、間隙水中の濃度をちゃんと測定しているのがポイント高い。

 

 

2021年によく聴いた音楽

Spotifyで2021年によく聴いた曲のリスト。

今年は通勤中LEX聴きまくってました。LEXは本当に聴き心地が良い。声がひとつの楽器という感じ。あまりRapとかHip hopに囚われてない感じなのも良い。基本何言っているのか分からないし、歌詞見てもやっぱり何言ってるのか分からないことが多いですが。

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BAD HOPとElle Teresaは去年から引き続き。

Jin Doggは今年からちゃんと聴きました。Jin Doggは言葉がスッと頭に入ってきます。このレベルはKOHH以来かも。その分、攻撃的な曲は聴くのが辛い時もあるかも。

あとランクインしてたのはkim taehoon、JP THE WAVY、Creepy Nuts、OZ Worldとか。High School DropoutのDADAは最近割と聴いてましたが入ってなかった。たぶん12月から聴き始めたから集計されてないっぽい。f:id:Kyoshiro1225:20211228203436p:plain

 

論文のメモ: マイクロプラスチックとバイオフィルム

論文書きのための論文読みばかり続くと、テンション下がってきますよね。漫然と読みたい時もある。てことで面白そうだったマイクロプラスチック論文。今のところマイクロプラには(ほぼ)自らの研究でかかわってませんが、来年度はいくつか関わりそうな感じ…。

 

Amariei G, Rosal R, Fernández-Piñas F, Koelmans AA, 2021, Negative food dilution and positive biofilm carrier effects of microplastic ingestion by D. magna cause tipping points at the population level, Environ Pollution 118622.

ポリエチレン(PE)を下水流入水で1〜3週間培養したら、PEを与えない場合に比べてむしろオオミジンコの14-day生存率が増加した。これは、培養することでPE表面にバイオフィルムができ、ミジンコの餌として機能し、PEマイクロプラスチックの主な毒性原因である"food dilution"が働かなくなったからでは、というお話。"food dilution"を軸にするために、そもそもの生存試験の餌の藻類を低濃度(0.0125 mgC/L/day)で与えています。

"To our best knowledge this work is the first quantitative assessment of this interaction(=biofilm形成とMP自身の影響)."と書いてますが、その定量的な議論はいまいち追いきれず。

 

Schür C, Weil C, Baum M, Wallraff J, Schreier M, Oehlmann J, Wagner M, 2021, Incubation in Wastewater Reduces the Multigenerational Effects of Microplastics in Daphnia magna, Environ Sci Technol 55(4): 2491-2499. 

Norwayのグループの論文。上と同じように、下水流入水で38時間培養したポリスチレン(PS)を、低餌濃度で(0.05 mgC/daphnid/day)オオミジンコに曝露して、多世代の生存や産仔を見ています。こちらの論文でも、下水で培養することでマイクロプラスチックの毒性は下がっています。その原因はほぼdiscussionのみ。培養によって表面のチャージや粒子径に変化はなかったと書いています。

 

 

論文のメモ: 地表オゾン濃度の季節変動

Tanimoto H et al., 2005, Significant latitudinal gradient in the surface ozone spring maximum over East Asia, Geophys Res Letters 32(21): 1-5.

忘れそうなのでメモ。

地表のオゾン濃度には季節的な周期性があって、日本含む東アジアでは春に高くなる。北の方ほど最高濃度に達する時期が遅めで、日本は5月ころに最大になる。このへんに詳しい。

 

ちなみに東京都の過去のオゾン濃度、ではなく光化学オキシダント濃度は東京都環境局で入手可能。