論文のメモ: 洪水による底質中汚染物質の移動と生態影響

日本でもスコールみたいな雨が頻発するようになって久しいですが、増水や洪水による（化学物質の移動を介した）生態影響の話。

Crawford SE, Brinkmann M, Ouellet JD, Lehmkuhl F, Reicherter K, Schwarzbauer J, ... Hollert H, 2021, Remobilization of pollutants during extreme flood events poses severe risks to human and environmental health, J Hazard Mater 126691.

洪水による生態影響と言うと、生物が流されるとか生息場所が壊されるなどの物理的な影響をまずは思いつきがちですが、泥に蓄積した有害物質が水中に再び巻き上がって移動する事によるecotoxな影響もありえます。その影響をどういう試験で調査するかの方法論などを中心にした総説。魚類を用いた底質試験を開発したHollertさんらのグループから。

Müller AK, Leser K, Kämpfer D, Riegraf C, Crawford SE, Smith K, ... Hollert H, 2019, Bioavailability of estrogenic compounds from sediment in the context of flood events evaluated by passive sampling, Water Res 161: 540-548.

これも同じグループの論文。底質を採取して、エストロゲン活性を調べるYES assayの変法とノニルフェノール・E1・E2・EE2を測定したという割とシンプルな研究ですが、"flood events"という文脈に位置付けられているのは、採取した底質を実験室で再懸濁させ、その懸濁液中ののニルフェノールなどの濃度をパッシブサンプラーで測定しているためです。この戦略、面白いですね。

Niu L, Ahlheim J, Glaser C, Gunold R, Henneberger L, König M, ... Escher BI, 2021, Suspended particulate Matter—A source or sink for chemical mixtures of organic micropollutants in a small river under baseflow conditions?, Environ Sci Technol 55(8): 5106-5116.

これは面白い！洪水とは関係ありませんが、底質の巻き上がりと浮遊物質の沈降に伴う有害物質の移動に関するのでここにまとめて記録。河川水と底質を2箇所から採取し、642個の有機物質について、ろ過して得た粒子状浮遊物質（suspended particulate matter; SPM）中の濃度と底質中濃度、（上層）水中濃度を測定し、上層水と間隙水についてはパッシブサンプリング（PES）でフリー溶存濃度（Cfree）を測定しています。面白いのは、上のMüllerら（2019）と同様、SPMを再懸濁させてそこでのフリー溶存濃度（Cfree,SPM）を測定して、通常のCfreeと比較している点。72%の物質では、Cfree,SPMの方が通常のCfreeより大きく、これらの物質は河川で、粒子状浮遊物質SPMから水に溶け出すフラックスのある状態（つまり非平衡状態）だったと解釈できます。そしてCfree/Cfree,SPM比は物質のlog KOWと正の相関にありました（log KOW 4~6あたりで1:1）。他にも642物質をneutralとcharged chemicalsに分けて議論していたり、AhR活性やPPAR結合をin vitroバイオアッセイで調べたりして盛りだくさんです。

どうでも良いけど、SPMとかSPE、PESとかの似たような略語が出過ぎで読み始めは頭に入ってこなかったです。SPMはSPMEと空目して、PES（=Passive Equilibrium Sampling）のことかと思ってしまうし。

これまで環境水のサンプリングは、晴天時にしかやったことありませんでしたが、雨天時にもやってみたくなりました。

某誌での 修正原稿 受付日

某環境系の論文誌に1st authorの論文がアクセプトされました！その前日、共著の論文もその姉妹誌にアクセプトされました。

そこで気になったのが、どちらの論文でもアクセプトの前日や前々日に、Editorial Officeから引用文献の書き方とか「ふつうは著者校正で対応するんじゃないの？」レベルの細かい修正についての追加連絡が来て、それら修正に対応したらすぐにアクセプトでした。

そんで公開された論文のページを見たら、"Revised"の日付がEditorial Officeからの修正意見に対応した日になってるんですよね。例えば"Revised 2021.08.17,  Accepted 2021.08.18"みたいに表記されてるわけです。

いや～この日付だけ見たら、論文著者（私や共著者）が査読対応を完了させたのが8/17で、Editorは速攻でアクセプトを決めたように見えますけど、論文著者が実質的な査読対応（＝Editorial Officeではなく査読者からのコメントへの対応）を終えて雑誌に再投稿したのは"Revised"の日付の1~2週間前ですからね。

同じ雑誌の他の多くの論文でも、同様に"Revised"と"Accepted"がわずか1~2日違いになってました。なので、邪推ですが、"Revised"と"Accepted"の間隔を短くして、雑誌側が迅速に対応しているように思わせるために、論文の内容ではなく体裁に関する修正コメントを無理くり出している...？ う～む。

論文のメモ: イオン性物質の生態リスク評価

水/オクタノール分配係数（KOW）でざっくりと生物蓄積性を推定できる中性物質と比べて、生物蓄積・毒性の予測が困難なイオン性有機物質の話。

Escher BI, Abagyan R, Embry M, Klüver N, Redman AD, Zarfl C, Parkerton TF, 2020, Recommendations for improving methods and models for aquatic hazard assessment of ionizable organic chemicals, Environ Toxicol Chem 39(2): 269-286.

出版された時から読もう読もうと思っていながら積読してましたが、最近ET&Cの2020年のBest Paper Awardsにノミネートされているのを見て、ちゃんと読みました。

イオン性物質の生物への移行（あるいは毒性）が、ほぼ非荷電種（neutral species）によって決まりイオン種は寄与しなければ、生物への移行はKOWに非荷電種の割合をかけることでおおよそ予測できるはずです。しかし実際には、水中の非荷電種の量だけではうまく移行量や毒性をうまく説明できないことが多いようです。

これは、ざっくり書くと、非荷電種だけでなくイオン種も生物内に移行するため（kinetic ion-trapping model）と、生物体内では水中と異なる新たな非荷電種とイオン種の平衡が成り立つ場合があるため、そして毒性への寄与もイオン種の方が強い場合があるため、に大別できそうです。

しかしEscherさんはこういう良い感じの総説を書くのがとても上手いですね。

Bittner L, Klüver N, Henneberger L, Mühlenbrink M, Zarfl C, Escher BI, 2019, Combined ion-trapping and mass balance models to describe the pH-dependent uptake and toxicity of acidic and basic pharmaceuticals in zebrafish embryos (Danio rerio), Environ Sci Technol 53(13): 7877-7886.

上の論文と同じくUFZのグループなどからの論文。ゼブラフィッシュ胚をイオン性有機物質に96時間複数のpH条件下で曝露し、体内濃度を測定した研究。正直ざっとしか読めてません。

非荷電種（neutral species）とイオン種の両方が同等に取り込まれるとするモデル（mass balance model）だと上手く体内濃度を説明できないが、上記総説でも紹介されているion-trapping modelだと割と上手く説明できる、という結果。

体内での分配を正確に予測するためには、neutralとion speciesの両方についてタンパク質・脂質への分配係数が必要。この論文ではpp-LFERやCOSMOmicなどで予測してますが、pp-LFERは中性物質メインなので、より高精度な毒性予測のためにはこの分配係数の精度を高める必要があるとのこと。

論文のメモ: 魚類（胚）を用いた底質毒性試験

魚類を用いた底質の毒性試験。

魚は水中（水柱）にいるのに底質の汚染評価に使えるのかとか、bioavailabilityの問題がどう解釈されているのか知りたくてざっと読んでみました。

Saiki P., Mello-Andrade F, Gomes T, Rocha TL, 2021, Sediment toxicity assessment using zebrafish (Danio rerio) as a model system: Historical review, research gaps and trends, Science of The Total Environment: 148633.

ゼブラフィッシュを用いた底質毒性試験のレビュー。こういう論文があるよ、という話がメインでクリティカルな内容はあまり書かれてません。

魚類胚試験（いわゆるFET）を定めたOECDのテストガイドライン（TG）236が2013年に出て、その影響か、2014年と2015年にゼブラを用いた底質試験の論文数が増えてます。その後また落ち着いてますが。。

いろんな生活段階が使用される中、やはり胚-仔魚期が最も多いようす。そして4割強がWhole-sedimentを使用していて、3割ほどが有機溶媒による抽出物を試験対象としています。

Hollert H, Keiter S, König N, Rudolf M, Ulrich M, Braunbeck T, 2003, A new sediment contact assay to assess particle-bound pollutants using zebrafish (Danio rerio) embryos, J Soils Sediments 3(3): 197-207.

ゼブラフィッシュの胚試験を、有機溶媒による抽出物や間隙水ではなく、底質そのものに適用したたぶん最初の論文。でも底質は湿底質ではなくて、凍結乾燥させてから使用しています。間隙水より底質そのものを使った方が毒性が高い、というのは面白い結果です。

しかしこの原因が「胚はparticle-boundなfractionの影響を受けるから」と解釈できるように書かれているのは違う気がする。どうも検証されていないっぽいですが、曝露形態の違い（水or 粒子）というより、これは曝露系が非平衡状態にあることの副作用（→Fischer model案件）では？。底質があるとpassive dosingで濃度が比較的一定に保たれますが、底質がないと濃度は減衰してしまいます。

Hallare AV, Seiler TB, Hollert H, 2011, The versatile, changing, and advancing roles of fish in sediment toxicity assessment—a review, J Soils and Sediments 11(1): 141-173.

上のHollertら（2003）のグループからの総説。この記事の冒頭の総説より突っ込んでいます。水中に棲む魚を底質評価に用いるのは妥当なのか、という問いにも応えていて、カレイなどの底生魚を用いた試験が多いことや、水中に棲む魚でも底質をbreeding substrateとして利用している（ため生態的な意義を考慮するとは繁殖を影響とすべき）ことなどが議論されています。

なおゼブラフィッシュに関しては"Upon spawning, the zebrafish eggs sink straight to the bottom of the water column and come into direct contact with the sediments and possible contaminants. That is why this method was believed to offer the most realistic scenario concerning bioavailability of chemicals in field situations (Küster and Altenburger 2008)."と書いてます。ゼブラを底質試験に使う正当化は割とされているかも。

またこの総説の時点では凍結乾燥させた底質を使用してますが、後のFeilerら（2013, ET&C）などはそのままの底質を用いているもよう。

論文のメモ: 高分解能質量分析と分子レベルのターゲット予測手法（SEA）の組み合わせ

Kumar N, Zhao HN, Awoyemi O, Kolodziej EP, Crago J, 2021, Toxicity Testing of Effluent-Dominated Stream Using Predictive Molecular-Level Toxicity Signatures Based on High-Resolution Mass Spectrometry: A Case Study of the Lubbock Canyon Lake System, Environ Sci Technol 55(5): 3070-3080.

河川水や処理排水を網羅的に化学分析して、その結果とin vitroのデータベースやトキシコゲノミクスのデータベースと組み合わせることで、生じうる生物学的なハザード（=どういう影響が起きるか）やリスクの大きさを予測しようとする研究があります。例えばToxCastを活用したCorsiら（2019, Sci Tot Environ）など。

しかしそのようなデータベースを活用した手法だと対象にできる化学物質の数が限定されてしまいます。そこで、このKumarら（2021）はSimilarity Ensemble Approach（SEA）という手法を使って、化学物質のターゲットになる生体分子を予測しています。SEAを用いることでToxCastやComparative Toxicogenomics Databaseの4~5倍以上の化学物質を考慮することが出来ています。ターゲット分子を予測した後はPANTHERでGene Ontologyのenrichment解析。

この論文自体は、zebrafishのqPCRで確認はしているものの、正直「やってみたよ」の領域を脱し切れていませんが、SEAという手法を知ることができたのは大きな収穫です。ググったら、SEAは化合物のBLAST版などと紹介されてました。創薬分野で主に使われているみたいです。

Lemieux GA, Keiser MJ, Sassano MF, Laggner C, Mayer F, Bainton RJ, ...  Ashrafi K, 2013, In silico molecular comparisons of C. elegans and mammalian pharmacology identify distinct targets that regulate feeding, PLoS Biol 11(11): e1001712.

これは環境分野の論文ではないですが、マウスやヒト以外にSEAの予測を適用している論文ということでチラ見。線虫C. elegansの摂餌行動に影響を及ぼす化学物質をSEAで予測し、実験的に検証しています。面白いのは、SEAで予測するときに、ほ乳類の生体分子をターゲットにしていること。

生態リスク・生態毒性に応用するなら、SEAで検索対象にするターゲットの生体分子をどこまで生物種特異的にするべきか（無脊椎動物への影響予測のためにほ乳類の生体分子を使えるかどうか）が鍵になりそうです。

ということで実際にSEAを使ってみました。

カリフォルニア大学サンフランシスコ校が運営しているHP（https://sea.bkslab.org/）に行き、興味のある化学物質のSMILESを打ち込むだけ。

SMILESはPubChemから取ってきました。

検索したのは ①ネオニコチノイド農薬の1種であるイミダクロプリド、②幼若ホルモン様作用を示す農薬であるピリプロキシフェン、③有機リン系農薬であるクロルピリホス、④その代謝物であるクロルピリホスオキソン。

まず①イミダクロプリドの結果。

SEAのライブラリに昆虫の生体分子も含まれていたためか、ハエなどのニコチン性アセチルコリン受容体などがヒットしてます。しかしマウスのアセチルコリン受容体もヒットしていますね。昆虫などに選択毒性を示すネオニコチノイドですが、ほ乳類の生体分子情報もターゲット予測に使えそうなことが伺えます。

次に②ピリプロキシフェン。

今度はTanimoto係数が全て0.5未満で、類似度の高い生体分子がヒットしませんでした。うーむ、なぜでしょう。SEAのライブラリが無脊椎動物（というか節足動物）の幼若ホルモンなどを含んでいないのか、それともピリプロキシフェンは代謝物が主に毒性を発現するのか（後述）…？

そして③クロルピリホス。

 またもやうまくヒットせず。しかし、クロルピリホスの毒性は主にその代謝物であるオキソン体によって生じるので、クロルピリホスオキソンを代わりに検索してみました。

最後に④クロルピリホスオキソン。

 今度はヒットしました。（マウスの）アセチルコリンエステラーゼがヒットしたのも想定通りです。よく分からないのもヒットしてますが、この妥当性は不明。。

以上、ざっと試しに使ってみて生態毒性・生態リスクに使用する際には、

i) ターゲット生体分子にどの生物種の情報を使用するか

ii) 代謝活性化する化学物質の場合の考え方

あたりがポイントになりそうだと思いました。

SEAで検索対象にするライブラリはChEMBLから引っ張ってきているみたいですが、カスタム設定もできるみたい。よく分からなかったので、今回はやってませんが。。。もし任意の生物種のアミノ酸配列だけ用いてSEAや類似の推定が出来れば面白そう。

「幼児教育の経済学」感想

幼少期の教育に介入する社会政策によって、教育を受けた子供の学力・学歴は高くなり、生涯収入は増え、犯罪率は低下する。幼少期の教育への介入の効果は、生涯にわたって持続し経済的な利益を産むために、経済的な効率性が良い。思春期や成人を対象にした職業訓練プログラムなどの政策よりも、費用対効果が高いと考えられる。

なお幼少期の教育に介入した場合、子供のIQなど認知的能力は一時的に増加するが、その効果はすぐになくなってしまう。それでも生涯収入や犯罪率などの社会的成功への影響は持続することから、認知的能力だけでなく非認知的能力（＝肉体的・精神的健康や根気強さ・注意深さ・意欲などの女湯動的性質）が教育によって向上したことが重要だと思われる。

要旨はだいたいこんな感じです。30ページくらいが上記のような内容を述べたHeckmanの文章で、その後各分野の専門家から数ページのコメントが続き、最後にHeckmanの回答7ページ。かなり薄い本で、すぐに読み終えられます。Heckmanの主張は主にペリー就学前プロジェクトとアベセダリアンプロジェクトの2つに拠っていて、短いPerspective論文がScience（DOI: 10.1126/science.1128898）にも出ています。

公共政策に関する本であって、我が子の教育のための何かを得るために親が読むような本ではありません。「非認知的スキルってどうやって鍛えるの？」という疑問も当然出てきますが、教育の具体的な方法論を述べている本でもないです。あと、幼少期の教育問題というより、実質は貧困問題かも。

Heckmanの主張の是非は詳しくないので正直よく分かりませんが、この本を読む限りはもっともらしく思えます。ヘッドスタート影響研究では介入の効果が見られなかったという反論に対する回答（＝ヘッドスタートでは対照群でもある程度の教育が施されていた）も腑に落ちます。

しかし対コロナ政策を色々見てきた今、政策に反映されるかどうかはエビデンスの強固さ以外の要因の方が大きいなとしみじみ思います。エビデンスが全てに優先すべきとまで言うと学者の傲慢ですが、せめて合理的には政策が決定されて欲しいですね。

（2021.07.07追記）

非認知的能力い関するエビデンスの怪しさ、不十分さについて。

幼児教育の経済学

論文のメモ: 路面排水に曝露したギンザケに現れる症状

昨年末に出たScience論文の関連（→その時の自分のメモ）。

Blair SI, Barlow CH, McIntyre JK. 2021. Acute cerebrovascular effects in juvenile coho salmon exposed to roadway runoff. Canadian J Fish Aquat Sci 78(2): 103-109.

血液脳関門（BBB; Blood-Brain Barier）の破壊がメカニズムらしいです。BBBが破壊？されることで脳血管系から血漿が漏れ出てくるとか。既報で示されていたヘマトクリット値の増加などは必要条件ではなかったそうです。

BBB破壊とScienceで発見された6PPD quinoneとの関係はまだ不明。キノンはredox activeな物質だから云々と考察で述べられてますが、まぁまだまだメカニズムは不明っぽいです。このBBB破壊が、McIntyre et al.（2018, Environ Pollut）で報告されている種間差をどう説明できるのか気になります。

（追記2022.04.22）

生じている事象の順序が、まだよく分からない。要はメカニズムが分からないってことですが。この論文の書き方が悪いとかではなくて。この論文の観察事実は、

• 血中の抗酸化力とチオール値は変わらず
• 血中タンパク量はわずかに増加
• 平均赤血球中ヘモグロビン濃度 MCHC は減少 （= THb/Hct）
• 総ヘモグロビン濃度 THb は増加
• ヘマトクリット Hct は増加
• メトヘモグロビンはない（=ヘモグロビンの酸素運搬力は失われてない）
• BBB破壊（＝血漿流出）

という感じ。あとは行動に異常が生じている個体でもヘマトクリット値は大きく増加していなかったことから、ヘマトクリットよりもBBB破壊の方がマストではないかと論じてます。

（追記終わり）

Chow MI, Lundin JI, Mitchell CJ, Davis JW, Young G, Scholz NL, McIntyre JK. 2019. An urban stormwater runoff mortality syndrome in juvenile coho salmon. Aquatic Toxicol 214: 105231.

行動への影響の出方をStage 1~ Stage 6に分類。水表面を泳ぐようになり、平衡を失い、底に沈み、モリバンド（瀕死）。詳しくは読んでませんが、やってる内容はMcIntyre et al.（2018, Environ Pollut）とほとんど同じ。

論文のメモ: ヨコエビの底質毒性試験における餌の影響

Harkey GA, Driscoll SK, Landrum PF, 1997, Effect of feeding in 30‐day bioaccumulation assays using Hyalella azteca in fluoranthene‐dosed sediment. Environ Toxicol Chem 16(4), 762-769.

このグループの論文、いっぱいあってどれに何が書いてあったか忘れてしまうのでメモ。PAHsの1種フルオランテンの蓄積試験で、餌（YCT）の有無による影響を調べた論文。餌を与えた方が蓄積は増加したそうです。

論文の本筋ではないけれど、底質の表層2~5 mm"fliocculante layer"をピペットで採取して、底質のソコ（ビーカーの底; 深いところ）のフルオランテン濃度と比較してますが、この結果が不思議です。表層の方がソコよりも4倍くらい濃度が高い。汚染されていない水を添加しているため、表層の方が汚染物質が抜けているはずなのにどういうこと？餌がない場合でも同じ結果なので、餌のせいで分配挙動が異なっているわけでもないようですし。経時的に見て表層の濃度は徐々に下がっていき、ソコの濃度は安定、というのは納得できますが。。。

論文のメモ: 溶存有機物によるピレンのオオミジンコへの取り込み量増加

Lin H, Xia X, Jiang X, Bi S, Wang H, Zhai Y, Wen W, Guo X, 2018, Bioavailability of pyrene associated with different types of protein compounds: Direct evidence for its uptake by Daphnia magna. Environ Sci Technol 52(17): 9851-9860.

面白い。PAHsの1種であるピレンと、分子量の異なるタンパク質を同時にオオミジンコD. magnaに曝露し、体内への移行と毒性を調べた論文。ちゃんとpassive dosingでフリー態濃度を一定にしているのが地味に肝。

分子量2000 Daのトリプトンは消化管内の細胞膜を通過するので、トリプトンと同時にピレンも体内に吸収されるが、より分子量の大きいBSAとフィコシアニンは細胞膜を通過しないためそれらのタンパク質が分解されたものと同時に吸収されるか、それらのタンパク質から脱着したピレンが吸収されるかしかない。

この話自体はJagerの論文で想定している話と大体同じ。Jagerのkinetic modelと合わせて考えると、どの経路の寄与が大きいのかを考慮することができてより面白くなりそう。

さらっと書いている次の文もなかなか大事。"It should be noted that because both the uptake and elimination rates of HOCs in organisms in natural waters might be elevated by the DOM- promoted diffusive mass effect simultaneously, the steady-state concentration of pyrene accumulated in D. magna might state concentration of pyrene accumulated in D. magna might not be affected by the DOM-promoted diffusive mass effect."試験期間を長くしたら、平衡に達してこの論文で議論されている差はなくなってしまうかもしれない訳ですね。でももしかしたら平衡濃度を変えてしまう可能性もあるわけで（本当に排出速度も増加するかはわからないため）…そのあたりは実験しないと分からない？

 ↑の兄弟的な論文。自然河川のDOMを分子量分画して同様の検討を行ってます。

Lin H, Xia X, Bi S, Jiang X, Wang H, Zhai Y, Wen W, 2018, Quantifying bioavailability of pyrene associated with dissolved organic matter of various molecular weights to Daphnia magna, Environ Sci Technol 52(2): 644-653.

論文のメモ: 平衡分配法EqPと曝露経路

Jager T, 2004, Modeling ingestion as an exposure route for organic chemicals in earthworms (Oligochaeta), Ecotoxicol Environ Safety 57(1): 30-38.

General Unified Threshold model of Survival (GUTS) のJagerさんの論文。この論文以外にも昔はミミズの試験をかなりやっていた様子。

土壌や底質のリスク評価で用いられている平衡分配法（Equilibrium Partitioning, EqP）は水由来の曝露のみを対象にしており摂餌曝露を考慮していない、という批判に対する反論。HCB（log Kow 5.7）を対象物質として、土壌・ミミズ組織・消化管という3相からなるkinetic modelを構築しています。

摂餌曝露であっても消化管から体内への移行はpassiveなので、EqPの前提を逸脱するわけではない、というのが骨子。EqPによる毒性（蓄積）予測を上回るのは、濃縮が生じる場合、すなわち有害物質を含んだ食物が消化されて有害物質を吸着できなくなるような場合、です。

モデリングの結果、摂餌由来の蓄積への寄与の方が水由来の寄与よりも大きかったにもかかわらず、蓄積の実測値はEqPによる予測から大きく離れていなかった（差は< 50%）そうです。

この論文、平衡分配法を論じているECHAの文書（ECHA 2008, Chapter R10）にもちゃんと引用されてますが、正直その解釈がよく分からない。。