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Spezifische Toxische Wirkungen

Die Herausforderung

In der (aquatischen) Umwelt finden sich chemische Substanzen, die für Mensch und Umwelt eine Gefahr darstellen können. Chemische Stoffe werden allerdings nicht durch ihre bloße Anwesenheit zum Problem, sondern durch ihre wie auch immer geartete Interaktion mit biologischen Zielstrukturen woraus Funktionsstörungen resultieren. Diese können sehr vielfältiger Natur sein. Gefährliche, besonders besorgniserregende Stoffe zeichnen sich aus durch Toxizität, Persistenz und Bioakkumulationspotential. Von besonderer Relevanz sind dabei solche, deren giftige Wirkung nicht sofort erkennbar ist und die das Potential in sich tragen, einen irreversiblen Schaden zu verursachen. Zur Beschreibung dieses Sachverhaltes ist im Laufe der letzten Jahre der Begriff der ‚Neuartigen toxischen Wirkungen' aufgekommen. Es handelt sich dabei im eigentlichen Sinne nicht etwa um giftige Wirkungen, die erst in neuester Zeit entstanden sind, sondern vielmehr um spezifische Wirkungen, die aus Gründen nicht vorhandener Untersuchungstechniken, ungenügenden Wissens der Zusammenhänge oder überlagernder unspezifischer Toxizität in Jahren starker Umweltverschmutzung nicht erkannt werden konnten.

Bilderleiste zur Illustration des Arbeitsgebietes

Das Interesse unserer Auftraggeber

Spezifische toxische Wirkungen wie Gentoxizität, Endokrine Wirkungen und Immuntoxizität werden als zunehmend relevant erkannt. Diese Wirkungen lassen sich mit den herkömmlichen ökotoxikologischen Bewertungskriterien wie z.B. stoffwechsel-physiologische Parameter, Reduktion der Zellvermehrungsrate, Verlust der Schwimmfähigkeit oder Tod des Organismus nicht beschreiben. Im Gegensatz zu gentoxischen und mutagenen Wirkungen können endokrine Wirkungen und Immuntoxizität bislang nur mit nicht normierten biologischen Testverfahren untersucht werden. Daher ist es auch eine Aufgabe der Arbeitsgruppe, Entwicklung sowie nationale und internationale Standardisierung von geeigneten Testverfahren voranzutreiben.

Unsere Lösungsansätze

Erst die Kombination aus chemischer Analytik zur Schadstoffbelastung, ökotoxikologischen Tests und in situ-Untersuchungen macht eine umfassende Sedimentbewertung möglich. Ziele der eingesetzten Biotestbatterie zur Identifikation spezifischer Wirkungen in Wasser, Sediment und Baggergut sind Komplementarität, Schnelligkeit, Kosteneffizienz und gute Vorhersagekraft.

Projekte

  • Entwicklung, Etablierung und Standardisierung von Testverfahren auf Genotxizität, Endokrine Wirkungen und Immuntoxizität
  • Aufbau und Unterhaltung einer komplementären Biotestbatterie (s. Abbildung)
  • Einbeziehung der spezifischen Wirkungen in die "Integrierte Sedimentbewertung"
  • Identifikation spezifisch toxischer Stoffe mit Hilfe der "Wirkungsbezogenen Analytik" (Biotest-dirigierte Fraktionierung und chemische Analytik)
  • Anwendung der Testverfahren bei der Untersuchung von Gewässersedimenten (Porenwasser und Extrakte)

    ToxizitätsklasseTestverfahrenEndpunkt
    Gentoxizität

    umu-test
    (S. typhim. TA1535/ pSK1002)

    Ames Fluktuationstest
    (S. typhim. TA98, TA100)

    Comet assay
    (Acanthamoeba; RTG-II)

    Micronucleustest
    (V79-Zellen)

    umuC-Induktion
    (primäre DNA-Schäden)

    Mutagenese
    (vererbbare DNA-Schäden)

    primäre DNA-Schäden

    Chromosomenaberrationen

    Endokrine Wirkung

    Yeast Screen Assay
    (YES/YAS)

    E-Screen Test
    (MCF7-Zellen)

    Östrogen/Androgen
    abhängige lacZ-Induktion

    Östrogen abhängige
    Wachstumsstimulation
    (östrogene/antiöstrogene Effekte)

    ImmuntoxizitätPhagozytosetest
    (Granulocyten)
    Hemmung der
    Granulozytenphagozytose

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