Кіріспе
Адам нәжісінің биомаркері
5β-копростанол (5β-холестан 3β-ол) – жоғары сатыдағы жануарлар мен құстардың ішегінде холестериннің (холестерин 5en 3β-ол) толық редуктивті метаболизмі нәтижесінде түзілетін 27 көміртекті станол. Бұл зат қоршаған ортада адам нәжісінің болуын анықтауға арналған биомаркер ретінде жиі қолданылады. 5β-копростанол бактериялардың ғана әрекетінен пайда болады деп саналады.
Ерігіштігі
5β-копростанолдың суда ерігіштігі төмен, нәтижесінде октанол-су бөлу коэффициенті жоғары. Яғни, 5β-копростанолдың октанолға деген тартымдылығы суға қарағанда шамамен 1 миллиард есе артық. Осыған байланысты, көптеген қоршаған орта жүйелерінде 5β-копростанол қатты фазамен байланысады.
Деградация
Аэробты емес шөгінділер мен топырақтарда 5β-копростанол көптеген жүз жылдар бойы сақталады, бұл оны өткендегі фекалиялық шығарылымдардың көрсеткіші ретінде қолдануға мүмкіндік береді. Сондықтан, палеоэкологиялық архивтердегі 5β-копростанол туралы мәліметтер аймақтағы адамдар қоныстанған мерзімді нақтылауға, сондай-ақ бірнеше мың жыл ішінде адам санының және егіншілік қызметінің салыстырмалы өзгерістерін анықтауға пайдаланылған.
Химиялық талдау
Молекуланың гидроксилдік (OH) тобы болғандықтан, ол жиі басқа липидтерге, соның ішінде май қышқылдарына байланысады; көптеген талдау әдістері, демек, эфирлік байланыстарды саптау үшін күшті сілті (KOH немесе NaOH) қолданады. Типик ағындырғыштарға метанолдағы 6% KOH жатады. Бос стерольдер мен станолдар (қаныққан стерольдер) полярлық липидтерден гексан сияқты азырақ полярлы ағындырғышқа бөліп шығарылады. Талдау алдында гидроксилдік топ жиі BSTFA (бис-триметилсилилтрифторацетамид) арқылы дериватизацияланады, онда сутек триметилсилил (TMS) тобымен, алмасуға бейім емес топпен ауыстырылады. Аспаптық талдау көбінесе газ хроматографы (ГХ) арқылы жалынды иондау детекторымен (FID) немесе массалық спектрометрмен (MS) жүргізіледі. 5β копростанол TMS эфирінің массалық спектрі суретте көрсетілген. Балама ретінде, копростанолды оң полюстік режимде анықтау үшін атмосфералық қысымды химиялық иондау (APCI) қолданатын сұйық хроматография-массалық спектрометрия (LC-MS) әдістерін де қолдануға болады.
Фекальды көздер
5β-копростанол көптеген жоғары сатыдағы жануарлардың ішегіндегі ішек бактериялары холестеринды копростанолға түрлендіру арқылы пайда болады. Холестериннің ішек бактериялары арқылы копростанолға метаболизмі Δ5,6 екі байланысының тікелей тоғысуының орнына кетон аралықтары арқылы жанама жолмен жүреді деп қабылданған. Бұл Grimalt және авторлар ұсынған суретте көрінеді (1990). + 5β-копростанолдың нәжіс заттарында анықталған жануарлар тізімі. Копростанол өндіретін жануарлар Копростанол өндірмейтін жануарлар Адамдар Иттер Сиырлар? Қойлар? Құстар? Дегенмен, 5β-копростанол өндірмейтін жануарлардың саны аз, оларды кестеде көруге болады.
Ағынды судың трассирлеу құралы ретінде пайдалану
Қоршаған ортадағы 5β-копростанолдың басты көзі – адам қалдықтары. Шикі, тазаланбаған кәріз суындағы 5β-копростанолдың концентрациясы құрғақ заттардың шамамен 2-6% құрайды. Бұл салыстырмалы түрде жоғары концентрация және оның тұрақтылығы, оны үлгілердегі, әсіресе шөгінділердегі фекальдық заттарды бағалау үшін пайдалануға мүмкіндік береді.
5β-копростанол мен холестериннің арақатынасы
5β-копростанол омыртқалы жануарлардың ішегінде холестериннен пайда болатындықтан, өнім мен реагент арақатынасын үлгідегі фекальдық заттар мөлшерін анықтау үшін пайдалануға болады. Өңделмеген, тазартылмаған канализациялық судың 5β-копростанол / холестерин арақатынасы шамамен 10-ға тең, ол канализациялық суды тазарту қондырғысы (ҚТҚ) арқылы өтеді және төмендейді, нәтижесінде ағызылатын сұйық канализациялық суларда арақатынас шамамен 2-ге жетеді. Ең тазартылмаған ҚТҚ қалдық суларын осы жоғары арақатынас бойынша анықтауға болады. Фекальдық заттар қоршаған ортаға тарағанда, жануарлардан алынған (фекальдық емес) холестерин мөлшері артатындықтан, арақатынас төмендейді. Grimalt & Albaiges (жыл?) 5β-копростанол / холестерин арақатынасы 0,2-ден жоғары үлгілерді фекальдық материалмен ластанған деп санауға болатынын ұсынды.
5β-копростанол / (5β-копростанол + 5α-холестанол) арақатынасы
Адам нәжісімен ластану деңгейін анықтаудың тағы бір өлшемі – қаныққан стеролдың екі 3β-оль изомерінің үлесі. 5α-холестанол қоршаған ортада бактериялардың әрекетінен табиғи түрде пайда болады және көбінесе нәжістік емес. 0,7-ден жоғары көрсеткіштің үлгілері адам нәжісімен ластанған болуы мүмкін, ал 0,3-тен төмен көрсеткіштің үлгілері ластанбаған деп есептелуі мүмкін. Осы екі шектің арасындағы көрсеткіштерге ие үлгілерді осы көрсеткіш негізінде ғана жіктеу қиын. Қызыл аймақтағы шөгінділер екі көрсеткіш бойынша да "ластанған" деп, ал жасыл аймақтағылар – сол өлшемдер бойынша "ластанбаған" деп жіктеледі. Көк аймақтағы үлгілер 5β-копростанол / холестерол көрсеткіші бойынша "ластанбаған", ал 5β-копростанол / (5β-копростанол + 5α-холестанол) көрсеткіші бойынша "белгісіз" деп танылады. 0,3 және 0,7 арасындағы үлгілердің көпшілігі 5β-копростанол / холестерол көрсеткіші бойынша "ластанбаған" деп саналады, сондықтан 0,3 мәнін шамалы консервативті деп қарастыру қажет.
5β-копростанол мен жалпы стерольдер арақатынасы
Мәндерді тоқтату және т.б.
5β-копростанол / 24-этил копростанол
Сиырлар мен қойлар сияқты шөпқоректі жануарлар β-ситостеролды негізгі стерол ретінде қамтитын жер бетіндегі өсімдіктерді (шөп) жейді. β-ситостерол – холестериннің 24-этил туындысы және оны жер бетіндегі өсімдіктердің биомаркері ретінде пайдалануға болады (қараңыз бөлім). Бұл жануарлардың ішегінде бактериялар 5-ші жағдайдағы екі байланысты биогидрогендеу арқылы 24-этил копростанол жасайды, сондықтан бұл қосылысты шөпқоректі жануарлардың нәжісінің биомаркері ретінде қолдануға болады. Әртүрлі бастапқы материалдардың типік мәндерін Гилпиннің (жыл?) еңкейген кестесінде көруге болады. 5β коп / 24 этил коп бастауы: Септикалық резервуарлар 2.9 – 3.7 Қоғамдық сарқынды сулар 2.6 – 4.1 Мал сою орындары (Қойлар, ірі қаралар) 0.5 – 0.9 Сүт фермасынан шайылатын сулар 0.2.
Эпикопростанол / 5β-копростанол
Қалдық суларды тазарту барысында 5β-копростанол 5β-холестан 3α-ол түріне, яғни эпикопростанолға айналуы мүмкін. Қоршаған ортада да 5β-копростанолдың эпикопростанолға айналуы баяу жүреді, сондықтан бұл көрсеткіш қалдық судың тазарту деңгейін немесе оның қоршаған ортадағы мерзімін анықтауға көмектеседі. 5β-копростанол / холестерин және эпикопростанол / 5β-копростанол арақатынастарын салыстыру нәтижесі фекальдық ластануды және тазартуды бірге көрсетуге мүмкіндік береді.
5α-холестанол / холестерин
Қоршаған ортада бактериялар холестеринден 5α холестан 3β олын (5α холестанолды) 5β изомерінен гөрі артық өндіреді. Бұл реакция көбінесе анаэробтық тотығуға ұшырайтын шөгінділерде жүзеге асады және 5α холестанол / холестерин арақатынасы мұндай жағдайларды анықтау үшін екінші (процестік) биомаркер ретінде қолданылуы мүмкін. Бұл маркер үшін белгілі бір шекті мәндер ұсынылмаған, сондықтан ол салыстырмалы түрде қолданылады; арақатынас неғұрлым жоғары болса, орта толтырғыш күйдегі жағдай соғұрлым күшті болады. Тотығуға ұшырайтын орталар жиі органикалық заттардың көп мөлшерде түсетін аймақтармен байланысты; мұндай аймақтарға кәріз суының төгілуі де кіруі мүмкін. Бұл жағдай мен ықтимал көз арасындағы байланысты кәріз суы индикаторымен салыстыру арқылы көруге болады. Осыған сәйкес, шөгінділердегі анаэробтық тотығу жағдайларына кәріз суының төгілуі де себеп болуы мүмкін деп болжауға болады.
Археологиялық зерттеулерде қолдану
Копростанол және оның туындысы эпикопростанол археологиялық және палеоэкологиялық зерттеулерде өткен адам қызметінің көрсеткіші ретінде қолданылады, себебі олар топырақта ұзақ сақталады және адам ішегінде өндірілуімен тығыз байланысты. Ғлымдар копростанолдың болуын археологиялық ерекшеліктерді, мысалы, шұңқырларды немесе тыңайту сияқты ландшафттық шараларды анықтау үшін пайдаланған. Копростанол концентрациясының уақыт бойынша өзгеруі белгілі бір шөгінді ортасында адам популяциясын реконструкциялауға мүмкіндік береді.