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Should Transformation Products Change the Way We Manage Chemicals?

Ikemen Mas Kot

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.4c00125

acs.est.4c00125.txt
下記の文章は論文のアブストラクトをChatGPTに解釈させたものであり、正確性は保証しません。

Q1 何に関する論文か、詳しく説明してください。

この質問に関連する論文は、化学物質の環境への挙動とリスク評価に関するテスト方法や規制に関連しています。具体的には、以下のテーマについての論文が参照されています。

  • 62番のDandan, Geによる論文は、中国の化学物質管理に関する法規制である「中国版REACH（MEE Order No. 12）」と、欧州連合のREACH規則との違いについて述べています。REACHとは化学物質の登録、評価、認可および制限に関する欧州連合の規則です。

  • 63番、54番、55番、56番のOECDテストガイドラインは、化学物質の生分解性や土壌・水生環境での変換（分解）を評価するための標準化されたテスト方法に関するものです。

    • OECD Test No. 310は、密閉容器内での二酸化炭素発生を測定することによって化学物質の即時生分解性を評価するテストです。

    • OECD Test No. 301は、化学物質が環境中で容易に生分解するかを評価する一連のテストです。

    • OECD Test No. 307は、土壌中での好気性および嫌気性変換（分解）を評価するテストです。

    • OECD Test No. 308は、水生環境の堆積物中での好気性および嫌気性変換を評価するテストです。

  • 1番の参照は、ドイツの洗剤および清掃剤に関する法律についてのもので、環境保護の観点から洗剤に含まれる化学物質の管理を規定しています。

  • 17番と18番の論文は、ドイツの河川システムにおける化学物質のスクリーニング研究や、飲料水中の微量汚染物質を分析する方法に関するものです。

これらの論文は、化学物質が環境に放出された後の挙動、その生分解性、土壌や水系での変換プロセス、およびこれらのプロセスを評価するための標準的なテスト方法に焦点を当てています。また、これらの化学物質を規制するための国内外の法規制についても言及しています。環境中の化学物質の管理とリスク評価は、公衆衛生と生態系の保護のために重要なトピックです。

Q2 研究目的とその背景について、詳しく説明してください。

この研究の目的は、化学物質の管理において変換生成物（TPs）をより効果的に統合するための行動と相互作用を提案し、そのための研究者、産業界、規制当局間の協力を促進することです。既存の知識のギャップや課題として、TPsの同定と評価に関する規制枠組みが不十分であり、新しい化学物質が環境中で変換される速度にデータの成長が追いついていないことが挙げられます。また、機械学習や人工知能アプローチに必要なデータ量が不足していることも問題です。

研究では、TPsの同定を改善するために規制枠組みを拡大し、産業界に対してより多くのシミュレーションテストを実施させ、低分子量のTPsが見過ごされないようにする必要があると指摘しています。また、シミュレーションテストの大幅な増加に対応するために、20年以上前のOECDテストから最新のハイスループットテストへの移行が必要です。この文脈で特に注目されるのは、Birchらによる低濃度混合物中の化学物質の持続性を評価し、マススペクトロメトリー検出を組み合わせたアプローチと、Escherらによる生物変換実験とハイスループットのin vitroバイオアッセイを組み合わせたアプローチです。これらの方法は有望ですが、極性物質をより効果的に濃縮するためのサンプル準備、低分子量TPsを含む感度の高い汎用検出戦略、放射標識に関連するコストを削減するアプローチ、およびTPsを前駆体にリンクするのに役立つ高度なソフトウェアツールの方法論的な進歩が必要です。

さらに、改善されたテスト方法によって利用可能になる増加したテスト能力は、規制の持続性とTP評価を生物変換を超えて拡張することも可能にします。このような拡張は、既知の持続性または有毒な官能基を持つ化学物質に焦点を当てて段階的に行われる可能性があり、環境保護に有益な追加であることが証明されれば、より広く採用されるかもしれません。

研究の文脈では、TPsを化学物質評価と管理に統合することは、改善されたデータ共有、予測能力の向上、統合された処理技術、および相互に連携する規制の進歩を必要とする学際的かつ業界横断的な取り組みであると述べています。このような化学物質管理のパラダイムの大幅な近代化は長期的な取り組みですが、より包括的な環境保護努力に向けた重要なステップです。

Q3 本研究で用いた手法について、詳しく説明してください。

この質問に対する回答は、提供された文献の情報に基づいていませんので、一般的な知識に基づいて説明します。

実験的アプローチについては、環境サンプル中の極性化学物質のスクリーニングには、多くの場合、液体クロマトグラフィーと高解像度質量分析（LC-HRMS）が使用されます。この手法は、極性化学物質の同定と定量に非常に有効であり、複雑な環境サンプル中の微量汚染物質を高感度で検出することができます。

データ収集方法に関しては、環境サンプルを採取し、それを適切な前処理方法（例えば、固相抽出や蒸発濃縮）を用いて濃縮し、その後LC-HRMSによって分析します。このプロセスでは、水サンプルや土壌抽出液を用いて、対象とする化学物質のスペクトルデータを収集します。

分析技術については、LC-HRMSは異なるイオン化方法（例えば、電気噴霧イオン化(ESI)や大気圧化学イオン化(APCI)）を使用し、様々な極性の化合物を同定することができます。また、データ解析にはソフトウェアを用いて化合物の同定と定量を行います。

生分解性や土壌・水生環境での化学物質の変換を評価するためには、OECDのテストガイドライン（Test No. 301, 307, 308）がよく使用されます。これらのガイドラインは、化学物質が環境中でどのように分解されるかを評価するための標準的な方法を提供します。

Test No. 301は「準備生分解性」を評価するためのもので、化学物質が微生物によってどれだけ迅速に分解されるかを測定します。Test No. 307は「土壌中の好気的および嫌気的変換」を評価し、Test No. 308は「水性沈殿物系における好気的および嫌気的変換」を評価します。これらのテストは通常、実験室での模擬環境下で行われ、特定の条件下での化学物質の挙動を理解するために設計されています。

これらのガイドラインに従った手法を適用する際には、標準的なプロトコルに従って実験を行いますが、場合によっては特定の化合物や環境条件に合わせて、プロトコルに改良を加えることもあります。たとえば、特定の化合物に対する生分解性をより正確に評価するために、検出限界を下げるための前処理手法を最適化したり、実際の環境条件をより正確に模倣するために実験条件を調整することがあります。

以上が一般的な知識に基づく、環境サンプル中の極性化学物質のスクリーニングと生分解性評価に関する研究手法の説明です。提供された文献に記載されている具体的な手法や結果については、それぞれの文献を直接参照する必要があります。

Q4 本研究の成果と限界について、詳しく説明してください。

本論文では、化学物質の管理に変換生成物（TPs）を効果的に統合するための課題と提案が提示されています。研究の成果として、TPsの同定と管理を改善するための3つの主要な進歩が挙げられています。これには、(1) セクター間でのデータ交換の改善、(2) TPの同定を促進し予測能力を増加させるための現代化された試験体制によって支えられた規制枠組みの更新、(3) 水循環と製品ライフサイクルにおける変換プロセスの広範な視野が含まれます。

しかしながら、TPsに関する利用可能なデータは成長しているものの、環境で変換される先行化学物質の数の増加に追いつくことはできず、また、機械学習や人工知能アプローチのためのデータを本当に満たすには不十分です。より効率的なハイスループット試験手法を用いてさらにデータを生成し、利用可能にする必要があります。また、既存のデータをより効果的に活用する必要があります（例えば、テキストマイニングを通じて）。これを支援するために、FAIRテンプレート、オントロジー、および報告基準が実装されるべきです。データ共有の速度を上げるために、TP情報をデータリポジトリにアップロードすることが資金提供機関によって明確な要件とされることが重要です。

REACH規則においては、TPsの同定に関する義務がほとんどありません。REACHの下では、製造または輸入される全ての物質に対して、年間10トン以上であればPBT/vPvB（持続性、生物蓄積性、毒性、非常に持続性、非常に生物蓄積性）評価を実施する必要があります。しかし、物質が容易にまたは本質的に生物分解可能であると判断された場合、PBT/vPvB評価のためのTPsの形成は考慮されません。したがって、TPsの評価はこのプロセスの一部としてまれにしか行われません。

医薬品に関しては、TPsの同定にさらに少ない義務があります。しかし、高次のリスク評価の一環としてREACHに類似したガイドラインに従うことが推奨されています。アメリカと中国のような他の大きな経済圏の主要な化学物質規制では、TPsはさらに統合されていないようですが、進歩が見られています。

このような状況を改善するために、論文では実験的および分析的な進歩、データ共有と予測能力の改善、統合処理技術、および連携して機能する規制上の進歩が必要であると述べています。これらの進歩の基礎は現在築かれるべきです。共通のデータ基準とTPsのための中央リポジトリの実装、化学物質のデータと基準の共有に対する要件の増加、現代の方法を規制試験枠組みに統合するための研究と規制間の協力の増加が求められています。

研究の制約としては、規制上の課題が挙げられます。TPsの評価をより厳格に施行するためには、高スループットの持続性およびTP評価方法の欠如が主な規制上の課題であると結論付けられています。この方法論的な課題に対処することで、将来的には規制上の課題にも取り組むことができ、化学物質規制がTPsに対してより野心的になり、その評価をより厳格に施行することが可能になるでしょう。

Q5 本研究で何を明らかにしたか、詳しく説明してください。

この研究では、化学物質の変換生成物（Transformation Products, TPs）の管理に関する現在の課題について、分析手法の進歩やバイオディグラデーションの評価、規制の更新などが議論されています。

まず、12Zahnらによる研究では、水環境中の移動性化学物質の分析について、現在の能力、限界、将来の展望が検討されています。この研究では、高解像度質量分析（HRMS）や液体クロマトグラフィー（LC）といった先進技術を利用してTPsを同定することの重要性が強調されています。

次に、13Angelesらは、持続性および移動性を持つ有機化合物を捕捉するための新しいサンプル準備法や先進的な分析技術について述べており、これらの技術がTPsの同定と管理の改善に寄与することを示しています。

OECDのTest No. 310は、閉鎖容器内でのCO2発生量を測定することにより、化学物質の生物分解性を評価する方法を提供しており、これによりTPsの発生とその環境への影響を評価することができます。

規制面では、62Dandanは中国のREACHと欧州のREACHの違いについて論じており、規制の違いがTPsの管理にどのように影響を与えるかを示しています。さらに、EMEAのガイドラインやUS EPAの新化学物質規制の更新は、TPsのリスク評価と管理のための規制フレームワークを提供しています。

39Wickerらの研究では、知識ベースと機械学習を組み合わせたアプローチを用いて、生物分解生成物と経路を予測する方法が提示されており、これがTPsの理解を深めるのに役立ちます。

40Prasseらは、水溶性フェノールがヒドロキシルラジカルやUV光の作用で予期せぬジカルボニル化合物へと変換されることを発見し、TPsが新たな毒性を示す可能性があることを示唆しています。

41Schröderらは、光触媒による環境汚染物質の修復中にダイオキシンやフランの毒性がどのように変化するかを研究しており、TPsのリスク評価において重要な情報を提供しています。

これらの研究から、TPsの同定と管理には先進的な分析技術、生物分解性評価、予測モデルの開発、および規制の整合性が必要であることがわかります。利用可能なデータの制限や規制上の課題は、研究の結論や提案に影響を与える要因となり、これらを克服するためには国際的な協力や情報共有が鍵となります。

Q6 本研究で用いたデータセットを網羅的に列挙し、名前やURLなどがあればそれらも含めて詳しく説明してください。

この研究で使用されたデータセットの完全なリストと詳細は以下の通りです。

  1. OECD Test No. 301: Ready Biodegradability
    取得元: 経済協力開発機構（OECD）
    アクセス方法: https://doi.org/10.1787/9789264070349-en

  2. OECD Test No. 307: Aerobic and Anaerobic Transformation in Soil
    取得元: 経済協力開発機構（OECD）
    アクセス方法: https://doi.org/10.1787/9789264070509-en

  3. OECD Test No. 308: Aerobic and Anaerobic Transformation in Aquatic Sediment Systems
    取得元: 経済協力開発機構（OECD）
    アクセス方法: https://doi.org/10.1787/9789264070523-en

  4. OECD Test No. 310: Ready Biodegradability - CO2 in sealed vessels (Headspace Test)
    取得元: 経済協力開発機構（OECD）
    アクセス方法: https://doi.org/10.1787/9789264016316-en

  5. enviPath（www.envipath.org; Package: EAWAG-SOIL）
    取得元: enviPathデータベース
    アクセス方法: http://www.envipath.org
    このデータベースからは、農薬および農薬の変換生成物（TPs）のDT50値が取得されました。

  6. Pesticide Properties Database (http://sitem.herts.ac.uk/aeru/ppdb/)
    取得元: ハートフォードシャー大学農業環境研究ユニット
    アクセス方法: http://sitem.herts.ac.uk/aeru/ppdb/
    ここからは、農薬および159個のTPsの高品質なKocデータが抽出されました。

  7. KOCWIN, EPI Suite
    取得元: アメリカ環境保護庁（EPA）
    アクセス方法: EPI Suiteソフトウェアを使用して、追加の410個のTPsのKoc値が計算されました。

  8. TP predictions TFA (BBD, top 50) (www.envipath.org; Package: EAWAG-SOIL)
    取得元: enviPathデータベース
    アクセス方法: http://www.envipath.org
    このデータセットは、持続性のあるTPsであるTFAへ到達するために必要な予測または観測された変換ステップの最小数に関する情報を提供します。

これらのデータセットは、研究で農薬とその変換生成物（TPs）の環境中での挙動を評価するために使用されました。それぞれのデータセットは、特定の化学物質の分解性や土壌・水系における変換過程を評価するためのガイドラインやデータベースを提供しています。これらの情報は、環境リスク評価や化学物質の管理において重要な役割を果たします。

7 本研究を特徴づけるキーワードを日本語で提案し、ハッシュタグとして列挙してください。（５個程度）

変換生成物（TPs）は、化学物質の環境中での挙動や影響を理解するために重要な要素です。化学物質が環境中で変化し、新たな化合物に変換されることで、元の化学物質とは異なる性質や毒性を持つことがあります。例えば、タイヤの抗酸化剤である6-PPDが酸化することで6-PPDキノンが生成され、これがアメリカ合衆国太平洋北西部でコホサーモンの急性死亡事象の原因と疑われています。また、防腐剤のブロノポールが水生環境で毒性のある2-ブロモ-2-ニトロエタノールやブロモニトロメタンに変換される例や、8:2 FTOHなどのフッ素化テロマー酒類が広く規制されている持続性（P）、移動性（M）、生物蓄積性（B）、毒性（T）のあるパーフルオロオクタン酸の前駆体となる例があります。

これらの事例から、化学物質の危険性とリスク評価は、TPsを考慮に入れなければ不完全であると言えます。しかし、TPsの発見はしばしば偶然的であり、前駆体化学物質が市場に導入されてから数年、あるいは数十年後になってから行われることが多いです。したがって、TPsのリスクを早期に評価し、反応するだけでなく対応するためには、より体系的な評価が必要です。

TPsが化学物質管理でしばしば無視される一般的な理由としては、(I) TPsが前駆体よりも酸化されやすく、より極性が高くなり生物蓄積性が低下すること、(II) 有毒な活性部位が分解されることで、TPsが前駆体よりも毒性が低くなること、(III) 低い変換収率と複数の並行する変換経路が存在することで環境中の濃度が低くなること、が挙げられます。しかし、これらの理由が当てはまらない場面も存在します。例えば、(I) TPsが持続性と移動性を持ち、飲料水資源に蓄積し継続的な曝露源となる場合、(II) 分解生成物が前駆体よりも毒性が高い場合、(III) 分子内に持続性のある部分構造が存在し、異なる前駆体からこの部分構造が高い収率で生成される場合です。

OECDのテストガイドラインは、化学物質の環境中での挙動を評価するために広く使われていますが、これらのテストは20年以上前に確立されたものであり、現代の高スループットテストへの移行が必要です。例えば、Birchらは低濃度混合物中の化学物質の持続性を質量分析検出と組み合わせて評価しましたが、一つの実験でTPsを前駆体に結びつけて評価することはほぼ不可能でした。Escherらは、化学分析を行わずに「持続性のある毒性」を評価するための生物変換実験と高スループットのin vitroバイオアッセイの組み合わせを提案しました。これらの方法は有望ですが、非常に極性の高い物質をより効率的に富化するためのサンプル準備の方法論の進歩、低分子量TPsを含む敏感な汎用検出戦略、放射標識に関連するコストを削減するアプローチ、TPsを前駆体に結びつけるための高度なソフトウェアツールなど、方法論の進歩が必要です。

ヨーロッパのREACH規則では、化学物質の登録者は製造または輸入される物質のPBT/vPvB（持続性、生物蓄積性、毒性、非常に持続性、非常に生物蓄積性）評価を行う必要がありますが、物質が容易にまたは固有に生物分解可能であると判断されると、PBT/vPvB評価に関連するTPsの形成は想定されません。このため、OECD 301のような生物分解性テストを基にした評価では、TFAや1,2,4-トリアゾールのような低炭素TPsが認識されない可能性があります。REACHの下で、実際にはごくわずかな模擬分解テストが実施されており、TPsはこのプロセスの一部としてめったに評価されません。

医薬品に関しては、TPsを特定する義務はさらに少ないですが、より高いリスク評価の一環としてREACHに類似したガイドラインに従うことが推奨されています。アメリカや中国など他の大きな経済圏における化学物質規制では、TPsはさらに統合されていないようですが、進展が見られます。アメリカ環境保護庁（EPA）の有害物質管理法（TSCA）の更新案では、TPsのより強い統合が見込まれています。中国の生態環境省令12号では、OECD 301または310に基づく分解性テストが要求されますが、REACHと同様の問題があります。国連の化学物質の分類および表示に関する世界調和システム（UN-GHS）も同様のテストを推奨していますが、このテストを採用している国連加盟国は一部に限られます。

持続性およびTPsの評価方法の課題に対処することは、将来的に規制上の課題に対処する助けとなるでしょう。これにより、化学物質規制はTPsに対してより野心的になり、その評価をより厳格に施行することができるようになります。その間にも、REACHや他の広範な化学物質規制の下で登録された多くの持続性および有毒なTPsが特定されず、したがって規制されないままでいる可能性があります。

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