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Vergleich zyto- und gentoxischer Wirkungen des Abgaspartikulats von verschiedenen Dieselfahrzeugen bei Betrieb mit fossilem Brennstoff und Rapsoelmethylester (Biodiesel)

Dieselmotoremissionen (DME) haben sich bei Verbrennung fossiler Kraftstoffe als mutagen erwiesen. Die Karzinogenitaet wurde von der IARC im Tierversuch als gesichert (sufficient evidence) und fuer den Menschen als wahrscheinlich (limited evidence) eingestuft. In unseren Studien werden die DME beim Betrieb von PKW und Traktoren mit Rapsoelmethylester (RME) und herkoemmlichem Dieselkraftstoff (DK) untersucht. Das filtergesammelte Abgaspartikulat wird schonend extrahiert, mit HPLC auf PAH analysiert und im direkten Vergleich zwischen RME und DK im AMES-Test auf seine mutagenen Eigenschaften und im Neutralrot-Test auf Zytotoxizitaet untersucht. In den bisher durchgefuehrten Versuchen waren die Filterextrakte bei RME-Betrieb trotz hoeherer absoluter Masse in fast allen Laststufen und Fahrzyklen deutlich weniger mutagen als die DK-Extrakte. Dies ist wahrscheinlich auf die niedrigere PAH-Konzentration im Abgas bei RME-Betrieb zurueckzufuehren. Sollte sich bestaetigen, dass RME-Abgase eine niedrigere mutagene Potenz aufweisen als DK-Abgase, so muss ein Ersatz von DK durch RME beim Betrieb von Dieselfahrzeugen an besonders kritischen Arbeitsplaetzen (in Hallen, unter Tage) und anderen Stellen (z.B. Taxis und Busse in Innenstaedten) diskutiert werden.

Identifizierung und Bewertung von halogenorganischen Verbindungen als Nebenprodukte der Chlorung von Wasser

Durch die Haloformreaktion entsteht bei der Chlorung von Trink- und Schwimmbadwasser Chloroform. Bislang weitgehend unbeachtet sind die ebenfalls im Zuge dieser Reaktion entstehenden schwerfluechtigen halogenorganischen Verbindungen. Ziel dieser Arbeit ist es, diese Stoffe zu charakterisieren sowie deren mutagene Aktivitaet mit Hilfe des Ames Testes und des HGPRT-Testes an CHO Zellen zu untersuchen. Die augenreizende Wirksamkeit wird mit dem HET-CAM-Test untersucht.

Pruefung ausgewaehlter Umweltsubstanzen auf mutagene und potentiell carcinogene Wirkung mittels Kurzzeit-Tests

Fuer den Menschen relevante Umweltchemikalien, z. B. Arzneimittel, Lebensmittelzusatzstoffe, beim Kochen von Speisen entstehende Stoffe, werden auf mutagen Wirkung untersucht. Hierfuer werden zahlreiche Methoden und prokaryotische und eukaryotische Organismen eingesetzt: Tests an Bakterien (Ames-Test, Host-mediated assay), Test an Soma- und Keimzellen von Drosophila melanogaster, cytogenetische Tests am Knochenmark von Kleinsaeugern (Mikrokerntest, SCE-Test u.a.), Specific-locus-Test an embryonalen Pigmentzellen der Maus (Fellfleckentest) sowie als weiterer Test auf transplazentare Mutagenese der Mikrokerntest an embryonalem Blut der Maus.

Mutagene Aktivitaet schwer- und mittelfluechtiger luftgetragener Verbindungen

Im Stadtgebiet von Mannheim werden mit einem High-Volume-Air-Sampler Luftproben mit einem Glasfaser/PU-Schaumfilter entnommen. Die Proben werden extrahiert und im Ames-Test sowie im HGPRT-Rest (CHO-Zellen) auf ihre mutagene Wirksamkeit hin untersucht. Die Daten werden mit dem Immissions- und dem Emissionskataster fuer die Stadt Mannheim korreliert.

Mutagene Aktivitaet verschiedener bitumenhaltiger Baumaterialien

Bitumendachdichtungsbahnen und verschiedene bitumenhaltige Vergussmassen wurden hinsichtlich ihrer Emissionen bei erhoehten Temperaturen untersucht. Die Dachdichtungsbahnen wurden Temperaturen von 90 Grad Celsius ausgesetzt, die Emissionen der Vergussbitumenarten wurden bei einer Temperatur von 190 Grad Celsius gewonnen. Die so gewonnenen Extrakte wurden fraktioniert, chemisch charakterisiert und im Ames Test auf ihre mutagene Aktivitaet untersucht.

Plastik - PLASTRAT: Lösungsstrategien zur Verminderung von Einträgen von urbanem Plastik in limnische Systeme, Teilprojekt 2

Schwerpunkte der 'Wirkungs- und Gefährdungsanalyse' bilden ökotoxikologische Fragestellungen sowie die Charakterisierung und Analyse von Gefährdungspotentialen in limnischen Systemen durch Einträge von Plastik. Untersuchungsgegenstand sind unterschiedliche Plastikspezies aus den Bereichen (a) 'konventionelle', synthetische Kunststoffe, (b) Rezyklate und (c) biobasierte Kunststoffe. Diese werden in Partikelform sowohl in gealtertem als auch nicht gealtertem Zustand untersucht. Relevante de- bzw. adsorbierende und auslaugende Substanzen werden gesondert analysiert. Für diverse Kunststoffspezies wird die ökotoxikologische Datenlage über Literaturrecherche analysiert. Sofern diese Daten ausreichen, wird auf deren Basis die Ökotoxizität der freigesetzten sowie ad-/desorbierten Substanzen beurteilt. Datenlücken werden durch eigene In-vitro-Testung geschlossen. Als wesentliche Wirkprinzipien werden dabei erfasst: (a) endokrine Wirkpotentiale über rekombinante Reportergenassays mit Hefen, (b) mutagene Aktivitäten über den Ames-Fluktuationstest sowie (c) zytotoxische Wirkungen mit Leuchtbakterien. Einzelne Substanzen, bei denen sich in vitro ein besonders hohes Wirkpotential zeigt, werden zusätzlich mit Hilfe standardisierter, chronischer In-vivo-Tests analysiert. Für die In-vivo-Tests werden die NOEC oder EC10 als ökotoxikologische Wirkschwellen ermittelt, um damit die Ableitung einer PNEC bzw. der EQS für die untersuchten Substanzen zu ermöglichen. Zusätzlich werden Kunststoffpartikel mit Hilfe von In-vivo-Tests auf ihre ökotoxikologischen Effekte in standardisierten und neu entwickelten chronischen Biotests untersucht. Diese Untersuchungen werden mit tierischen Organismen durchgeführt, wobei unterschiedliche Ernährungstypen berücksichtigt werden. Als Endpunkte werden apikale Effekte auf Wachstum, Entwicklung und Fortpflanzung erfasst. Effekte eines möglichen Nahrungskettentransfers von Mikroplastikpartikeln werden in einfachen Räuber-Beute-Systemen im Labor untersucht.

Development and application of a cell free in vitro method to determine the effects of cellular transport processes on the bioconcentration of environmental chemicals in zebrafish

In my PhD thesis project I address the question: How do cellular transport proteins influence the actual dose of environmental chemicals in an organism through active transport? Chemicals in the environment can accumulate in tissues of organisms. This is called 'bioconcentration'. If a chemical has a high potential to bioconcentrate it can be more deleterious to an organism. Therefore, information on the bioconcentration potential of a chemical is necessary for determining its human and environmental health risiks and needs to be obtained, as for instance regulated by the REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals) framework of the European Union. For determining bioconcentration of a chemical animal experiments need to be carried out. A way to avoid the animal experiments could be to use computer models that predict bioconcentration of a chemical. However, current models generally provide inaccurate predictions, because they do not take into account biological processes that are important for the uptake of a chemical by an organism. Thus, organisms are protected by an 'active barrier' that determine if a chemical can enter the organism or not. Consideration of these biological processes will help to improve computer models. Information on interaction of chemicals with important biological processes influencing the bioconcentration can also be obtained with animal-free in vitro tests. Within my PhD work I develop an in vitro test for determining interaction of chemicals with active cellular transport proteins that constitute an important component of the 'active barrier' of an organism against chemicals. Eventually, this test may be part of a tool kit of 'intelligent testing' that comprises in vitro tests and a computer model. This tool kit may contribute to the 3 Rs (reduce - refine - replace) of animal tests and make animal tests obsolete.

Emissionsvergleich von schwedischem Dieselkraftstoff MK I mit herkömmlichem Dieselkraftstoff nach DIN EM 590 und Biodiesel auf Rapsölbasis

Im Rahmen eines Forschungsprojekts der Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL) Braunschweig in Kooperation mit dem Steinbeis-Transferzentrum Biokraftstoffe und Umweltmesstechnik Coburg und der Georg-August-Universität Göttingen wurden Emissionen von vier verschiedenen Dieselkraftstoffen in dieselmotorischer Verbrennung untersucht. Neben herkömmlichem Dieselkraftstoff (DK) kamen ein schwefelarmer Dieselkraftstoff mit abgesenkter Siedelinie (DK05), Biodiesel (RME) sowie schwedischer Dieselkraftstoff (MK1) in einem modernen direkteinspritzenden Motor des Typs Mercedes Benz OM 904 LA an den Betriebspunkten des 13-Stufen-Tests (ECE-R49) zum Einsatz. Ziel der Untersuchungen war es, Aussagen zum Emissionsverhalten der Kraftstoffe zu gewinnen. Darüber hinaus sollten Angaben aus der schwedischen Chalmers-Universität Göteborg überprüft werden, nach denen Biodiesel gegenüber schwedischem Dieselkraftstoff MK1 zu erheblichen Emissionsnachteilen insbesondere bei Benzol und Ozonvorläufersubstanzen führen soll. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse der Versuchsreihe, dass die Kraftstoffqualität einen erheblichen Einfluss auf die Emissionen und die mutagenen Wirkungen hat. Daher ist die systematische Kraftstoffforschung ein geeignetes Instrument, um die motorische Verbrennung zu optimieren. Ein weiteres Ergebnis der Untersuchungen ist die erstmalige experimentelle Widerlegung der oben angeführten Behauptung aus der Chalmers-Universität. In den Untersuchungen konnte bei RME im Vergleich zu schwedischem Dieselkraftstoff MK1 eine sehr deutliche Absenkung von Alkenen, Aldehyden und Benzol festgestellt werden. Dieser Trend wurde auch im Vergleich zu DK und (mit Ausnahme der Aldehyde) zu DK05 bestätigt. Meist führte RME gegenüber DK zu deutlichen Vorteilen hinsichtlich der Emissionen und dem mutagenen Potenzial, denen aber leichte Anstiege der NOx-Emissionen und ein erhöhter Ausstoß von ultrafeinen Partikeln gegenüber stehen. Bei den ultrafeinen Partikeln könnte es sich jedoch teilweise um unverbrannten Kraftstoff ohne Kohlenstoffkern handeln. Diese Fragestellung soll in sich anschließenden Untersuchungen geklärt werden. Der Abschlussbericht zu dem Forschungsvorhaben ist als Sonderheft 252 der Landbauforschung Völkenrode bei der Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft, Informations- und Datenzentrum, Bundesallee 50, 38116 Braunschweig, erhältlich.

Nachweis und Identifizierung genotoxischer, krebserzeugender Holzinhaltstoffe

Im Forschungsvorhaben F 0027 ist die Identifizierung nicht gelungen. Im Kontext mit der anderen aktuellen Forschung auf dem Gebiet der Holzstaub-Kanzerogenese ist die Identifizierung vordringlich. Ermittlung der chemischen Struktur der im Projekt F 0027 gewonnenen Extrakte von reinem Buchenholzstaub, die sich im Experiment als mutagen und kanzerogen erwiesen haben. Gewinnung und Aufreinigung der Extrakte, Analyse milt Hilfe der Massenspektrometrie und der Chromatographie.

Teilprojekt 6^Risikomanagement von neuen Schadstoffen und Krankheitserregern im Wasserkreislauf (RiSKWa) - ASKURIS: Anthropogene Spurenstoffe und Krankheitserreger im urbanen Wasserkreislauf - Bewertung, Barrieren und Risikokommunikation, Teilprojekt 3

Ziel des Teilprojekts ist es, durch den Einsatz von flexiblen Teststrategien Gefährdungspotenziale zu erfassen und deren Humanrelevanz zu charakterisieren. Das theoretische Konzept basiert auf der Annahme, dass nicht vorrangig das toxikologische Risiko (Hochdosis-Mechanismen) eines Schadstoffes, sondern dessen toxikologische Sicherheit (Niedrigdosis-Bereich) charakterisiert werden muss. Generell werden im TP alle Verfahrensschritte und analytisch identifizierten Einzelsubstanzen toxikologisch bewertet. Die Ergebnisse sind für die Ausrichtung der Verfahrensschritte von erheblicher Bedeutung. Zum Einsatz kommt eine umfassende Teststrategie, die sowohl verfahrensspezifische (hier: Ozonung) als auch stoffspezifische Effekte (hier: Beeinflussung des Metabolismus durch polare Substanzen) erfasst. Alle komplexen Gemische bzw. Einzelsubstanzen werden zunächst auf ihre zytotoxische Wirkung getestet. Über die Zeit und bei gegebener Exposition kann Zytotoxizität zu adversen Effekten führen. In einer zweiten Stufe wird die Gentoxizitätsprüfung vorgenommen, und zwar entsprechend der festgeschriebenen Teststrategie: Kombination von bakteriellen Testverfahren zum Nachweis von Genmutationen (Ames-Test) und Nachweis von Chromosomenschäden (Mikrokerntest) in der Säugerzellkultur. Auf der Basis aller Messergebnisse kann eine Bewertung des gentoxischen Gefährdungspotenzials im Sinne einer Ja/Nein-Entscheidung vorgenommen werden. Alle positiven Befunde werden in 'humanifizierten' Zellkulturmodellen verifiziert. Die Festschreibung harmonifizierter Teststrategien bildet die Basis für die Übertragung in den regulativen Bereich.

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