A message from scien.sts Contaminants in drinking water - - PowerPoint PPT Presentation

A ¡message ¡from ¡scien.sts ¡

Contaminants ¡in ¡drinking ¡water ¡sources ¡ ¡of ¡First ¡Na5ons ¡

¡

The ¡Right ¡to ¡Water ¡and ¡Sanita.on ¡Security ¡in ¡First ¡Na.on ¡ Communi.es ¡–2017 ¡ ¡seminar ¡series. ¡ ¡October ¡4, ¡2017 ¡

Annemieke.Farenhorst@umanitoba.ca ¡ Ayush.Kumar@umanitoba.ca ¡

h"ps://s-­‑media-­‑cache-­‑ak0.pinimg.com/originals/b5/a1/c2/ b5a1c244ab586e=3eaf3a7b0454ab98.jpg ¡

PHYSIOLOGICAL ¡NEEDS ¡ breathing, ¡WATER, ¡food, ¡sleep ¡ ¡ ¡

Maslow's ¡(1943) ¡Hierarchy ¡of ¡Needs ¡

SAFETY ¡AND ¡SECURITY ¡ LOVE ¡AND ¡BELONGING ¡ SELF-­‑ESTEEM ¡

SELF-­‑ ACTUALIZATION ¡

Self-­‑fulfillment ¡ Psychological ¡needs ¡ Basic ¡needs ¡

Only ¡1% ¡of ¡water ¡is ¡ easily ¡accessible ¡for ¡ human ¡consump.on ¡ Earth’s ¡ ¡ Total ¡Water ¡

10% ¡

Drinking ¡& ¡meal ¡preparaFons ¡ Cleaning ¡& ¡laundry ¡25% ¡ Toilet ¡flushing ¡30% ¡ Bathing ¡& ¡showering ¡35% ¡

DomesFc ¡water ¡use ¡in ¡Canada: ¡h"ps://www.mcgill.ca/waterislife/waterathome/how-­‑much-­‑are-­‑we-­‑using ¡

How ¡much ¡water ¡[L] ¡ do ¡you ¡use ¡per ¡day? ¡ Canada’s ¡rank ¡in ¡ terms ¡of ¡water ¡use ¡ per ¡person ¡per ¡day? ¡ ¡

h"p://www.naFonalpost.com/rss/study+calls+average+water+Canadians+alarming/1402591/story.html ¡ h"p://www.vancouversun.com/Canadians+rank+among+world+water+hogs/11274891/story.html ¡

More ¡than ¡3 ¡billion ¡people ¡in ¡the ¡ world ¡do ¡not ¡have ¡access ¡to ¡piped ¡ water ¡on ¡their ¡premises ¡

NASA ¡is ¡on ¡a ¡journey ¡to ¡Mars, ¡with ¡a ¡goal ¡of ¡ sending ¡humans ¡to ¡Mars ¡in ¡the ¡2030s. ¡ ¡

Photo ¡courtesy ¡of ¡Joe ¡Bryksa, ¡Winnipeg ¡Free ¡Press ¡

In ¡Manitoba, ¡about ¡ 10% ¡of ¡the ¡homes ¡ in ¡First ¡Na.ons ¡ reserves ¡have ¡no ¡ running ¡water ¡

Out ¡of ¡all ¡the ¡ First ¡Na.ons ¡ homes ¡ without ¡ running ¡water ¡ in ¡Canada, ¡ 40% ¡are ¡ located ¡on ¡ reserves ¡in ¡ Manitoba ¡

~ ¡40% ¡of ¡the ¡popula.on ¡in ¡the ¡Island ¡Lake ¡ region ¡is ¡below ¡14 ¡years ¡of ¡age ¡ ¡ (compared ¡to ¡~17% ¡in ¡Winnipeg) ¡

ISLAND ¡LAKE ¡REGION ¡ Red ¡Sucker ¡Lake ¡First ¡Na.on ¡(40.3% ¡) ¡ Garden ¡Hill ¡First ¡Na.on ¡(41.6%) ¡ Wasagamack ¡First ¡Na.on ¡(39.1%) ¡

• St. ¡Theresa ¡Point ¡Na.on ¡(39.7%) ¡

¡ Numbers ¡in ¡red ¡refer ¡to ¡% ¡popula.on ¡below ¡14 ¡years ¡of ¡age ¡

¡ Winnipeg ¡(16.9%) ¡

Open ¡DefecaFon ¡ Shared ¡ Unimproved ¡

Improved ¡ sanita.on ¡

31 ¡ 18 ¡ 7 ¡ 26 ¡ 36 ¡ 57 ¡ 12 ¡ 13 ¡ 1990 ¡ 2010 ¡

All ¡numbers ¡ ¡in ¡bar ¡ graphs ¡are ¡% ¡service ¡ ¡ Leh ¡bar ¡is ¡reported ¡by ¡ UNICEF/WHO ¡(2012), ¡ right ¡bar ¡is ¡based ¡on ¡ data ¡compiled ¡by ¡Island ¡ Lake ¡Tribal ¡Council ¡for ¡ Aboriginal ¡Affairs ¡and ¡ Northern ¡Development ¡

• Canada. ¡

55 ¡

38 ¡ 62 ¡ Unimproved ¡ (wooden ¡outhouses ¡

• r ¡buckets) ¡ ¡

Improved ¡ ¡ sanita.on ¡ ¡

(flush ¡toilets) ¡ ¡ 2010 ¡

Developing ¡ ¡ countries ¡ Island ¡Lake ¡region ¡ ¡

• f ¡Manitoba ¡

Although ¡Voyager ¡1 ¡is ¡already ¡about ¡20.6 ¡ billion ¡km ¡from ¡Earth, ¡it ¡con.nues ¡returns ¡ data ¡to ¡NASA ¡on ¡a ¡daily ¡basis. ¡ ¡

The ¡Human ¡Right ¡to ¡Safe ¡Drinking ¡Water ¡

How do we know water is safe?

We ¡define ¡when ¡ ¡ it ¡is ¡NOT ¡safe ¡

O157:H7 ¡

“To ¡be ¡safe ¡for ¡drinking, ¡water ¡must ¡be ¡free ¡of ¡ microbial ¡pathogens ¡[while] ¡chemical ¡ contaminants ¡must ¡be ¡kept ¡at ¡acceptable ¡ levels.” ¡

Species ¡E. ¡coli ¡– ¡many ¡strains ¡ Only ¡some ¡E. ¡coli ¡are ¡pathogenic ¡

MICROBIAL ¡QUALITY ¡GUIDELINES ¡ ¡

• E. ¡Coli: ¡ ¡0 ¡CFU/100 ¡mL ¡ ¡

¡

• water ¡leaving ¡the ¡treatment ¡plant ¡ ¡
• water ¡in ¡distribu.on ¡and ¡storage ¡systems ¡
• non-­‑disinfected ¡groundwater ¡

CFU ¡= ¡colony-­‑forming ¡unit ¡ ¡ ¡

O Cl Cl OH O

2,4-­‑D ¡

O O Cl Cl OH

2,4-­‑DB ¡

Cl Cl O O OH

2,4-­‑DP ¡

Cl O H

4-­‑chloro-­‑2-­‑methylphenol ¡

N N N N H N H Cl

Atrazine ¡

P O H O H NH2 O

Aminomethylphosphonic ¡ ¡ Acid ¡

N H S O O O

Bentazon ¡

Br Br O H N

Bromoxynil ¡

Cl Cl Cl N N Cl

Chlorothalonil ¡

N Cl Cl Cl O P O S O

Chlorpyrifos ¡

N Cl Cl O OH

Clopyralid ¡

N N N Cl NH2 NH

Desethyl ¡atrazine ¡ ¡

N N N Cl NH NH2

Desisopropyl ¡atrazine ¡

Cl Cl OCH3 O OH

Dicamba ¡

N NH2 Cl F Cl O OH O

Fluroxypyr ¡

N H P O O OH OH O H

Glyphosate ¡

O O O S O CH3 CH3 P O C H3 O C H3 S

Malathion ¡

Cl O OH O

MCPA ¡

Cl O O O H

Mecoprop ¡

N O Cl CH3 O

Metalochlor ¡

O O N N N Cl Cl

Propiconazole ¡

N

+

• F

F F N N

+

OH O O O

Trifluralin ¡

0.1 ¡ppb ¡

Drinking ¡Water ¡Quality ¡Guidelines ¡

A ¡ppb ¡is ¡equivalent ¡to ¡1 ¡drop ¡of ¡water ¡diluted ¡ into ¡250 ¡chemical ¡drums ¡(50 ¡m3) ¡ ¡

• ne ¡penny ¡in ¡$10,000,000 ¡

50,000 ¡L ¡

A ¡drop ¡in ¡½ ¡million ¡L ¡ 1 ¡μg/L ¡

Glyphosate: ¡ 2,4-­‑D: ¡ Bromoxynil: ¡ 280 ¡µg/L ¡ 100 ¡µg/L ¡ 5 ¡µg/L ¡

Pes.cide ¡ Detec.on ¡ [µg/L] ¡ 2,4-­‑D ¡ 0.36 ¡ Chlorothalonil* ¡ 0.34 ¡ Chlorpyrifos ¡ 0.21 ¡ Clopyralid* ¡ 7.12 ¡ Deltamethrin* ¡ 0.47 ¡ Diazinon ¡ 0.17 ¡ Ethion* ¡ 0.11 ¡ Imazethapyr* ¡ 0.21 ¡ MCPA ¡ 1.29 ¡ Propyzamide* ¡ 0.30 ¡ Simazine ¡ 1.57 ¡

WQG ¡= ¡10 ¡to ¡100 ¡µg/L, ¡ depending ¡on ¡the ¡pes5cide ¡ ¡ ¡ *No ¡guidelines ¡have ¡ developed ¡for ¡these ¡ pes5cides ¡listed ¡ WQG ¡= ¡0.1 ¡µg/L ¡ ¡ for ¡each ¡pes5cide ¡ listed ¡

Detected in wells:

Toxicity thresholds Chemical threshold

Community ¡ 1 ¡ Community ¡ 2 ¡ Community ¡ 3 ¡ Community ¡ 4 ¡ Piped ¡water ¡ 151 ¡ 137 ¡ 0 ¡ 60 ¡ Cisterns ¡ 69 ¡ 0 ¡ 6 ¡ 151 ¡ Wells ¡ 0 ¡ 0 ¡ 90 ¡ 0 ¡ No ¡system ¡ 300 ¡ 0 ¡ 1 ¡ 0 ¡

Examples ¡of ¡water ¡distribu.on ¡systems, ¡ ¡First ¡Na.ons ¡reserves ¡in ¡Manitoba ¡

(numbers ¡refer ¡to ¡the ¡number ¡of ¡homes) ¡

¡

97 ¡CFU/100mL ¡±51% ¡of ¡E. ¡coli ¡

The ¡water ¡treatment ¡ system ¡included ¡ coagula.on, ¡ floccula.on, ¡ sedimenta.on, ¡ filtra.on, ¡and ¡ disinfec.on ¡using ¡ chlorine ¡(sodium ¡ hypochlorite ¡ solu.on), ¡as ¡well ¡as ¡ an ¡ultraviolet ¡ disinfec.on ¡system. ¡ ¡

0 ¡CFU/100 ¡mL ¡of ¡E. ¡coli ¡

The ¡free ¡residual ¡chlorine ¡concentra.on ¡in ¡the ¡water ¡ leaving ¡the ¡WTP ¡was ¡0.67 ¡mg/L, ¡within ¡the ¡range ¡of ¡free ¡ residual ¡chlorine ¡concentra.on ¡(0.4 ¡to ¡2.0 ¡mg/L) ¡typically ¡

• bserved ¡for ¡water ¡treatment ¡plants ¡in ¡Canada ¡

• HOMES ¡WITH ¡PIPED ¡WATER ¡
• COMMUNITY ¡STANDPIPE ¡

WATER ¡ ¡ TREATMENT ¡ ¡ PLANT ¡

HOMES ¡WITH ¡CISTERNS ¡

WATER ¡TRUCK ¡

HOMES ¡WITHOUT ¡ RUNNING ¡WATER ¡

All ¡these ¡samples ¡showed ¡free ¡residual ¡chlorine ¡ concentra.ons ¡below ¡the ¡0.2 ¡mg/L ¡required ¡to ¡prevent ¡ bacterial ¡regrowth. ¡This ¡included: ¡ ¡

• Homes ¡with ¡piped ¡water: ¡0.05 ¡mg/L ¡± ¡71% ¡
• The ¡community ¡standpipe: ¡0.07 ¡mg/L ¡
• The ¡water ¡truck: ¡0.07 ¡mg/L ¡
• Homes ¡with ¡cistern ¡water: ¡0.05 ¡mg/L ¡± ¡84% ¡
• Homes ¡without ¡running ¡water: ¡0.07 ¡mg/L ¡± ¡86% ¡

Loss ¡of ¡chlorine ¡in ¡the ¡distribu.on ¡system! ¡

1 ¡CFU/100 ¡mL ¡±83% ¡of ¡E. ¡coli ¡

TAP ¡IS ¡CONNECTED ¡TO ¡THE ¡WATER ¡TREATMENT ¡PLANT ¡BY ¡PIPES ¡

6 ¡CFU/100 ¡mL ¡±25% ¡of ¡E. ¡coli ¡

65 ¡CFU/100 ¡mL ¡±215% ¡of ¡E. ¡coli ¡

TAP ¡IS ¡CONNECTED ¡TO ¡A ¡CISTERN ¡

Homes ¡look ¡the ¡same, ¡but ¡ drinking ¡water ¡quality ¡is ¡different! ¡

Homes ¡without ¡running ¡water ¡showed ¡ alarmingly ¡high ¡levels ¡of ¡E. ¡coli ¡ ¡ (7,780 ¡CFU/100 ¡mL ¡±260%) ¡ ¡

As ¡did ¡the ¡community ¡standpipe ¡ ¡ (E. ¡coli ¡1,260 ¡CFU/100 ¡mL ¡±73%) ¡ ¡

Biofilms ¡ ¡ Dust ¡ ¡ Biofilms ¡ ¡ Humans ¡ ¡

Source ¡(Lake) ¡

¡

Water ¡Treatment ¡Plant ¡ ¡ ¡

¡

Piped ¡water ¡taps ¡

¡

Water ¡truck ¡

¡

Cistern ¡water ¡taps ¡

¡

Community ¡stand ¡pipe ¡

¡

Buckets ¡

AlphaPB ¡ BetaPB ¡ GammaPB ¡ Bacteroidetes ¡ Cyanobacteria ¡ Other ¡

Samples, ¡including ¡those ¡from ¡ drinking ¡water ¡sources, ¡were ¡ found ¡to ¡be ¡posi.ve ¡for ¡ various ¡an.bio.c ¡resistance ¡ genes, ¡namely, ¡ampC, ¡tet(A), ¡ mecA, ¡beta-­‑lactamase ¡genes ¡ (SHV-­‑type, ¡TEM-­‑type, ¡CTX-­‑M-­‑ type, ¡OXA-­‑1, ¡and ¡CMY-­‑2-­‑type), ¡ and ¡carbapenemase ¡genes ¡ (KPC, ¡IMP, ¡VIM,NDM, ¡GES, ¡and ¡ OXA-­‑48 ¡genes). ¡

AnFbioFcs ¡and ¡Resistance ¡

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N Engl J Med 2012; 366:2333

AnFbioFcs ¡and ¡Resistance ¡

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AnFbioFcs ¡and ¡Resistance ¡

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AnFbioFcs ¡and ¡Resistance ¡

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Reservoirs ¡of ¡AnFbioFc ¡Resistance ¡

Nature

• Protection against

endogenous antibiotics

• Protection against

naturally

• ccurring

antibiotics

• Alternative

cellular functions

• f resistance

proteins

Medicine

• Antibiotic

consumption

• Misuse and
• veruse

Agriculture

• Veterinary

Water

Canada ¡Mapped ¡by ¡Rivers, ¡Streams, ¡Lakes ¡

h"p://www.vividmaps.com/2016/10/canada-­‑mapped-­‑only-­‑by-­‑rivers-­‑streams.html ¡

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Drinking ¡water: ¡Canada ¡Vs ¡Canada ¡

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Drinking ¡water: ¡Canada ¡Vs ¡Canada ¡

• >50% ¡of ¡First ¡NaFon ¡members ¡live ¡on ¡reserves ¡
• Spring ¡2016, ¡111/600 ¡First ¡NaFons ¡reserves ¡

Drinking ¡Water ¡Advisories ¡(DWAs) ¡ ¡

– 43% ¡for ¡the ¡poor ¡microbiological ¡quality ¡

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ObjecFve ¡

• To ¡determine ¡the ¡presence ¡of ¡anFbioFc ¡

resistance ¡genes ¡in ¡the ¡drinking ¡water ¡ distribuFon ¡system ¡of ¡a ¡Manitoba ¡First ¡NaFon ¡ community ¡

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Sampling ¡

• Taps ¡
• Cisterns ¡
• Water ¡treatment ¡plant ¡

– Pre-­‑ ¡and ¡post-­‑treatment ¡

• Buckets ¡
• Community ¡fountains ¡
• Lake ¡

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Microbial ¡Community ¡Analysis ¡(Phyla) ¡

0% 20% 40% 60% 80% 100% T6 T8 T7 T9 C2 C3 P1 P4 C4 C5 B1 B2 B4 B6 BS2 BS3 BS5 PS1 PS2 PS3 PS4 BC1 BC2 BC3 BC4 1FBO RR2 RR3 Unclassified Bacteria AC1 Acidobacteria Actinobacteria AncK6 Armatimonadetes BRC1 Bacteroidetes Chlamydiae Chlorobi Chloroflexi Cyanobacteria Deferribacteres Elusimicrobia Fibrobacteres Firmicutes Fusobacteria GN02 GN04 GOUTA4 Gemmatimonadetes H-178 KSB3 Lentisphaerae MVS-104 NC10 NKB19 Nitrospirae OC31 OD1 OP11 OP3 OP8 Planctomycetes Proteobacteria SR1

• T, Tap
• C, Cistern
• P, Water treatment plant
• B, Bucket
• BS, Community fountain
• BS5, lake sample
• PS, Plant source
• BC, Lake location near dock
• Field blank (1FBO)
• Red river (RR)

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Appl ¡Environ ¡Microbiol. ¡2016; ¡82(15):4767 ¡

Microbiological ¡Analysis ¡

1 10 100 1000 10000 100000

T6 T7 T8 T9 C2 C3 C4 C5 P1 P2 B1 B2 B4 B6 BS2 BS3 BS5 PS1 PS2 PS3 P4 Wpg TW1 Wpg TW2

CFU/100 mL Sample

Total Coliforms

1 10 100 1000 10000

T6 T7 T8 T9 C2 C3 C4 C5 P1 P2 B1 B2 B4 B6 BS2 BS3 BS5 PS1 PS2 PS3 P4 Wpg TW1 Wpg TW2

CFU/100 mL Sample

• E. coli
• T, Tap
• C, Cistern
• P, Water treatment plant
• B, Bucket
• BS, Community fountain
• BS5, lake sample
• PS, Plant source
• BC, Lake location near dock
• TW, Winnipeg tap water

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Appl ¡Environ ¡Microbiol. ¡2016; ¡82(15):4767 ¡

DetecFon ¡of ¡AnFbioFc ¡Resistance ¡ Genes ¡

• T, Tap
• C, Cistern
• P, Water treatment plant
• B, Bucket
• BS, Community fountain
• BS5, lake sample
• PS, Plant source
• BC, Lake location near dock
• TW, Winnipeg tap water
• 1FBO, Field blank
• RR, Red river
• CK, control

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

Neutral (water) A T6 T7 T8 T9 C2 C3 P1 P4 C4 C5 B1 B2 B4 B6 BS2 BS3 BS5 PS1 PS2 PS3 PS4 BC1 BC2 BC3 BC4 IFBO RR2 RR3 CK CK3 Wpg TW 2

Copy No./ng DNA

ampC

0.5 1 1.5 2 2.5 3

Neutral T6 T7 T8 T9 C2 C3 P1 P4 C4 C5 B1 B2 B4 B6 BS2 BS3 BS5 PS1 PS2 PS3 PS4 BC1 BC2 BC3 BC4 IFBO RR2 RR3 CK CK3 Wpg TW 2

Copy No./ng DNA

tetA

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Appl ¡Environ ¡Microbiol. ¡2016; ¡82(15):4767 ¡

DetecFon ¡of ¡AnFbioFc ¡Resistance ¡ Genes ¡

• T, Tap
• C, Cistern
• P, Water treatment plant
• B, Bucket
• BS, Community fountain
• BS5, lake sample
• PS, Plant source
• BC, Lake location near dock
• TW, Winnipeg tap water
• 1FBO, Field blank
• RR, Red river
• CK, control

1 2 3 4 5 6 7 8 Neutral (water) A T6 T7 T8 T9 C2 C3 P1 P4 C4 C5 B1 B2 B4 B6 BS2 BS3 BS5 PS1 PS2 PS3 PS4 BC1 BC2 BC3 BC4 IFBO RR2 RR3 CK CK3 Wpg TW 2

Copy No./ng DNA

mecA

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Appl ¡Environ ¡Microbiol. ¡2016; ¡82(15):4767 ¡

Residual ¡Free ¡Chlorine ¡

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 T6 T7 T8 T9 C2 C3 C4 C5 P1 P2 B1 B2 B4 B6 BS2 BS3 BS5 P1 P2 P3 P4 Wpg TW1 Wpg TW2

ppm Sample

Health Canada, http://www.hc-sc.gc.ca/ewh-semt/pubs/water-eau/chlorine-chlore/index-eng.php#a16

• T, Tap
• C, Cistern
• P, Water treatment plant
• B, Bucket
• BS, Community fountain
• BS5, lake sample
• BC, Lake location near dock
• TW, Winnipeg tap water

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Appl ¡Environ ¡Microbiol. ¡2016; ¡82(15):4767 ¡

Conclusions ¡

• Total ¡coliforms ¡and ¡E. ¡coli ¡number ¡are ¡alarmingly ¡

high ¡in ¡water ¡samples ¡from ¡the ¡FN ¡community ¡in ¡

• ur ¡study ¡
• Presence ¡of ¡anFbioFc ¡resistance ¡genes ¡
• Low ¡chlorine ¡levels ¡
• Future ¡work ¡

– Analyzing ¡more ¡samples ¡ – Expanding ¡the ¡study ¡to ¡four ¡different ¡communiFes ¡ – TesFng ¡the ¡feasibility ¡of ¡a ¡UV-­‑based ¡system ¡to ¡reduce ¡ bacterial ¡counts ¡

www.ayushkumarlab.com ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ @ayushkumarlab ¡

Thank ¡you ¡for ¡listening! ¡

hyp://create-­‑h2o.ca/ ¡

Q: ¡So ¡what ¡needs ¡to ¡happen ¡before ¡communi.es ¡are ¡no ¡ longer ¡under ¡boil-­‑water ¡advisories? ¡ ¡ A: ¡“I ¡think ¡what ¡needs ¡to ¡be ¡done ¡is ¡that ¡all ¡agencies ¡ responsible ¡for ¡water ¡need ¡to ¡come ¡to ¡the ¡table. ¡That ¡ includes ¡the ¡federal ¡government ¡and ¡the ¡provincial ¡

• government. ¡It ¡includes ¡all ¡agencies ¡related ¡to ¡health, ¡

environment ¡and, ¡obviously, ¡First ¡Na5ons.” ¡

¡

Lalita ¡Bharadwaj ¡is ¡a ¡toxicologist ¡and ¡associate ¡professor ¡of ¡public ¡ health ¡at ¡the ¡University ¡of ¡Saskatchewan ¡