Ecotoxicokinetics as a section of ecotoxicology (review)

Abstract

The review discusses the main achievements of ecotoxicokinetics as a section of ecotoxicology in research of patterns of ecotoxicants distribution, accumulation and transformation in the environment and the influence of these processes on manifestation of toxic effects in ecosystems. The paper indicates the role of ecotoxicokinetics in the development of methods for removing ecotoxicants from ecosystems using biotransformation and bioaccumulation and improvement environmental pollution monitoring. Special attention is paid to current study of the behavior of pharmaceuticals, microplastics and nanoparticles in ecosystem components, analysis of problems encountered and approaches to their solution within the framework of ecotoxicokinetics.

References

1.    Безель В.С. Экологическая токсикология: популяционный и биоценотический аспекты. Екатеринбург, 2006.
2.    Валиев В.С., Иванов Д.В., Шагидуллин Р.Р. Нефтяные углеводороды в донных отложениях: состав, идентификация, механизмы трансформации (обзор) // Экологическая безопасность. 2020. № 1.
3.    Воробейчик Е.Л., Садыков О.Ф., Фарафонтов М.Г. Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем (локальный уровень). Екатеринбург, 1994.
4.    Гетьман М.А., Наркевич И.А. Лекарственные средства в окружающей среде // Ремедиум. 2013а. № 2.
5.    Гетьман М.А., Наркевич И.А. Прогнозирование и контроль поступления в окружающую среду лекарственных средств // Ремедиум. 2013б. № 5.
6.    Гладкова М.М., Терехова В.А. Инженерные наноматериалы в почве: источники поступления и пути миграции // Вестн. Моск. ун-та. Сер.17. Почвоведение. 2013. № 3.
7.    Исидоров В.А. Введение в химическую экотоксикологию: Учебное пособие. СПб., 2021.
8.    Котова В.Е. Определение компонентов нефтепродуктов в донных отложениях методом высокоэффективной жидкостной хроматографии со спектрофлуориметрическим детектированием: Автореф. дис. … канд. биол. наук. Ростов-на-Дону, 2020.
9.    Котова И.Б., Тактарова Ю.В., Цавкелова Е.А. и др. Микробная деградация пластика и пути ее интенсификации // Микробиология. 2021. Т. 90, № 6. https://doi.org/10.31857/S0026365621060082
10.    Криволуцкий Д.А. Почвенная фауна в экологическом контроле. М., 1994.
11.    Кузнецов А.Е., Градова Н.Б. Научные основы экобиотехнологии: Учебное пособие для студентов. М., 2006.
12.    Куценко С.А. Основы токсикологии: Учебное пособие. СПб., 2004.
13.    Лыков Н.И. Фармацевтическое загрязнение окружающей среды // Проблемы региональной экологии. 2020. № 3. https://doi.org/10.24411/1728-323X-2020-13023
14.    Майстренко В.Н., Клюев Н.А. Эколого-аналитический мониторинг стойких органических загрязнителей. М., 2004.
15.    Моисеенко Т.И., Денисов Д.Б. Возможно ли восстановление озерной арктической экосистемы после длительного загрязнения? // Арктика: экология и экономика. 2019. № 4. https://doi.org/10.25283/2223-4594-2019-4-16-25
16.    О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2022 году. Государственный доклад. М., 2023. (Электронный ресурс) Министерство природных ресурсов и экологии РФ. Документы. // URL : https://www.mnr.gov.ru/docs/gosudarstvennye_doklady/ (дата обращения: 23.07.2024).
17.    Остроумов С.А. Введение в биохимическую экологию. М., 1986.
18.    Пьянкова А.А., Плотникова Е.Г. Галотолерантные бактерии-деструкторы бензойной кислоты рода Dietzia // Ученые записки Казанского ун-та. Сер. Естественные науки. 2024. Т. 166, кн. 1. https://doi.org/10.26907/2542-064X.2024.1.5-22
19.    Ревич Б.А. «Горячие точки» химического загрязнения окружающей среды и здоровье населения России / Под ред. В.М. Захарова. М., 2007.
20.    Савинова О.С., Шабаев А.В., Глазунова О.А. и др. Биодеструкция эфиров фталевой кислоты грибами белой гнили // Прикладная биохимия и микробиология. 2022. Т. 58, № 5. https://doi.org/10.31857/S0555109922050142
21.    Созина И.Д., Данилов А.С. Микробиологическая ремедиация нефтезагрязненных почв // Записки горного института. 2023. Т. 260, № 2. https://doi.org/10.31897/PMI.2023.8
22.    Филимонов И.В., Янковская А.А., Кужелко С.В. и др. Исследования в сфере перспективного использования химико-биологических и медицинских биокаталитических технологий в интересах Вооруженных Сил // Вестник войск РХБ защиты. 2018. Т. 2, № 2.
23.    Юрин В.М. Основы ксенобиологии: Учебное пособие. Мн., 2002.
24.    Юфит С.С. Яды вокруг нас. Вызов человечеству. М., 2002.
25.    Abbas Q., Yousaf B., Amina Ali M. U. et al. Transformation pathways and fate of engineered nanoparticles (ENPs) in distinct interactive environmental compartments: a review // Environment International. 2020. Vol. 38. https://doi.org/10.1016/j.envint.2020.105646
26.    An R., Liu C., Wang J. et al. Recent advances in degradation of polymer plastics by insects inhabiting microorganisms // Polymers. 2023. Vol. 15. https://doi.org/10.3390/polym15051307
27.    Borriello L., Scivicco M., Cacciola N. et al. Microplastics, a global issue: human exposure through environmental and dietary sources // Foods. 2023. Vol. 12, № 18. https://doi.org/10.3390/foods12183396
28.    Chouhan R.S., Qureshi A., Yagci B. et al. Biotransformation of multi-walled carbon nanotubes mediated by nanomaterial resistant soil bacteria // Chemical Engineering Journal. 2016. Vol. 298. https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.04.019
29.    Di Liberto E.A., Battaglia G., Pellerito R. et al. Biodegradation of polystyrene by plastic-eating Tenebrionidae larvae // Polymers. 2024. Vol. 16, № 10. https://doi.org/10.3390/polym16101404
30.    Ferreira-Filipe D.A., Oliveira L., Paço A. et al. Biodegradation of e-waste microplastics by Penicillium brevicompactum // Science of The Total Environment. 2024. Vol. 935. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.173334
31.    Forbes V.E., Forbes T.L. Ecotoxicology in theory and practice. London; NY, 1994.
32.    Frasier K.E., Kadifa M.A., Berga A. S. et al. A decade of declines in toothed whale densities following the Deepwater Horizon oil spill // Commun Earth Environ. 2024. № 5. https://doi.org/10.1038/s43247-024-01920-8
33.    Gworek B., Kijeńska M., Zaborowska M. et al. Pharmaceuticals in aquatic environment. Fate and behavior, ecotoxicology and risk assessment – a review // Acta Poloniae Pharmaceutica – Drug Research. 2019. Vol. 76, № 3. https://doi.org/10.32383/appdr/103368
34.    Habumugisha T., Zhang Z., Uwizewe C. et al. Toxicological review of micro- and nano-plastics in aquatic environments: risks to ecosystems, food web dynamics and human health // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2024. Vol. 278. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2024.116426
35.    Hejna M., Kapúscínska D., Aksmann A. Pharmaceuticals in the aquatic environment: A review on eco-toxicology and the remediation potential of algae // Int. J. Environ. Res. Public Health. 2022. Vol. 19. https://doi.org/10.3390/ijerph19137717
36.    Kayode-Afolayan S.D., Ahuekwe E.F., Nwinyi O.C. Impacts of pharmaceutical effluents on aquatic ecosystems // Scientific African. 2022. Vol. 17. https://doi.org/10.1016/j.sciaf.2022.e01288
37.    Khan A.H.A., Barros R. Pharmaceuticals in water: risks to aquatic life and remediation strategies // Hydrobiology. 2023. Vol. 2, № 2. https://doi.org/10.3390/hydrobiology2020026
38.    Kudryavtseva A.D., Shelepchikov A.A., Brodsky E.S. Free-range chicken eggs as a bioindicator of dioxin contamination in Vietnam, including long-term Agent Orange impact // Emerging Contaminants. 2020. Vol. 6. С. 114–123. https://doi.org/10.1016/j.emcon.2020.02.003
39.    Kudryavtseva A.D., Shelepchikov A.A., Brodsky E.S. Fingerprinting and source apportionment of dioxin contamination of soils and chicken eggs in Southeast and Central Vietnam // Environmental Science and Pollution Research. 2022. Vol. 29, № 31. P. 47137-47147. https://doi.org/10.1007/s11356-022-19253-4
40.    Li X., Bao L., Wei Y. et al. Occurrence, bioaccumulation, and risk assessment of microplastics in the aquatic environment: A review // Water. 2023а. Vol. 15, № 9. https://doi.org/10.3390/w15091768
41.    Li X., Li L., Tang L. et al. Unveiling combined ecotoxicity: Interactions and impacts of engineered nanoparticles and PPCPs // Science of The Total Environment. 2024. Vol. 921. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.170746
42.    Li Y., Tao L., Wang Q. Potential health impact of microplastics: a review of environmental distribution, human exposure, and toxic effects // Environment & Health. 2023б. Vol. 1, № 4. https://doi.org/10.1021/envhealth.3c00052
43.    Mariano S., Panzarini E., Inverno M.D. et al. Toxicity, bioaccumulation and biotransformation of glucose-capped silver nanoparticles in green microalgae Chlorella vulgaris // Nanomaterials. 2020. Vol. 10, № 7. https://doi.org/10.3390/nano10071377
44.    Martínez G., Merinero M., Pérez-Aranda M. Environmental impact of nanoparticles’ application as an emerging technology: A review // Materials. 2021. Vol. 14, № 1. https://doi.org/10.3390/ma14010166
45.    Nnaji N.D., Onyeaka H., Miri T. et al. Bioaccumulation for heavy metal removal: a review // Discover Applied Sciences. 2023. Vol. 5, № 5. https://doi.org/10.1007/s42452-023-05351-6
46.    Ortúzar M., Esterhuizen M., Olicón-Hernández D.R. et al. Pharmaceutical pollution in aquatic environments: A concise review of environmental impacts and bioremediation systems // Frontiers in Microbiology. 2022. Vol. 13. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.869332
47.    Parolini M., Stucchi M., Ambrosini R. et al. A global perspective on microplastic bioaccumulation in marine organisms // Ecological Indicators. 2023. Vol. 149. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2023.110179
48.    Peng B.-Y., Xu Y., Zhou X. et al. Generation and fate of nanoplastics in the intestine of plastic-degrading insect (Tenebrio molitor larvae) during polystyrene microplastic biodegradation // Environmental Science & Technology. 2024. Vol. 58, № 23. https://doi.org/10.1021/acs.est.4c01130
49.    Quazi S., Rodrigo S., Fatima Z. et al. Nanoparticles: Types, Applications, and Commercial Products // Implications of Nanoecotoxicology on Environmental Sustainability. IGI Global, 2023. https://doi.org/10.4018/978-1-6684-5533-3.ch002
50.    Wang Q., Chen H., Gu W. et al. Biodegradation of aged polyethylene (PE) and polystyrene (PS) microplastics by yellow mealworms (Tenebrio molitor larvae) // Science of The Total Environment. 2024. Vol. 927. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.172243
51.    Wang T., Liu W. Emerging investigator series: metal nanoparticles in freshwater: transformation, bioavailability and effects on invertebrates // Environ. Sci.: Nano. 2022. Vol. 9. https://doi.org/10.1039/D2EN00052K
52.    Waseem M., Khilji S. A., Tariq S. et al. Phytoremediation of heavy metals from industrially contaminated soil using sunflower (Helianthus annus L.) by inoculation of two indigenous bacteria // Plant Stress. 2024. № 11. https://doi.org/10.1016/j.stress.2023.100297
53.    Xu L., Li Z., Wang L. et al. Progress in polystyrene biodegradation by insect gut microbiota // World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2024. Vol. 40, № 5. https://doi.org/10.1007/s11274-024-03932-0
54.    Yang X., Wang Z., Xu J. et al. Effects of dissolved organic matter on the environmental behavior and toxicity of metal nanomaterials: a review // Chemosphere. 2024. Vol. 358. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2024.142208
55.    Zhou B., Zhang T., Wang F. Microbial-based heavy metal bioremediation: toxicity and eco-friendly approaches to heavy metal decontamination // Applied Sciences. 2023. Vol. 13. https://doi.org/10.3390/app13148439