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Bestimmung kanzerogener aromatischer Amine aus verbotenen Azofarbstoffen der Textilindustrie

Spaltung und Extraktion von aromatischen Aminen aus Azofarbstoffen auf Textilien; Bestimmung bestimmter kanzerogener Verbindungen

Anreicherung von aromatischen Aminen in Textilien und ihre Umweltemission durch Waschwasser

In Innenräumen findet sich eine Vielzahl von Chemikalien, die aus Gegenständen, Materialien oder durch menschliche Aktivitäten freigesetzt werden und ein Risiko für aquatische Ökosysteme darstellen können, falls entsprechende Chemikalien in den Wasserkreislauf gelangen. Wir stellen die Hypothese auf, dass aromatische Amine (AA), die aus Innenräumen emittiert werden, in Oberflächengewässer eingetragen werden und dort signifikant zur Belastung und der damit verbundenen Mutagenität beitragen. Gewaschene Textilien, die durch Emissionsquellen in Innenräumen mit AA kontaminiert sind, wirken als Überträger dieser Substanzen in Abwässer. Die Berücksichtigung dieses Übertragungsweges kann uns helfen, das Auftreten von AA ohne klare Emissionsquellen in Oberflächengewässern besser zu verstehen. In vielen Studien wird berichtet, dass AAs, welche in Innenräumen beispielweise durch Rauchen und Grillen von Fleisch entstehen, die Hauptursache für Mutagenität in Oberflächengewässern und häuslichen Abwässern sind. Sie können durch gasförmige und Partikeldepostion auf Textilien adsorbiert werden. Daher wollen wir den Übertragungsweg von AA aus Innenräumen in Oberflächengewässer im Hinblick auf die folgenden vier Aspekte untersuchen: (i) Stoffgruppen-spezifisches Non-target-Screening zum Nachweis der gesamten Verbindungsklasse in allen Matrizes entlang des dargestellten Expositionspfades, d.h. in Extrakten von Textilien, Staub, Waschwasser, Abwasser und Oberflächenwasser; (ii) Instrumente zum Monitoring aromatischer Amine aus Abwässern und Oberflächengewässern mittels selektiver Anreicherung, um ihren Verbleib in Kläranlagen und das damit verbundene Risiko für Wasserorganismen zu entschlüsseln; (iii) Charakterisierung der Aufnahme AA durch Textilien durch gasförmige und Partikeldeposition und ihre Verteilung in Innenräumen durch Expositionsexperimente im Labor und realen Innenräumen und (iv) Anwendung aller entwickelten Instrumente und Methoden in Kombination mit diagnostischen Mutagenitätstests zur Aufklärung der angenommenen Emissionswege. Hierbei werden Textilbelastung in Innenräumen mit verschiedenen AA-Quellen berücksichtigt, Waschexperimente durchgeführt und Proben aus Kläranlagen und Abwasserauffangbecken entnommen, um die quellenbezogenen Muster und die wichtigsten AA zu identifizieren, die die beobachtete mutagene Aktivität verursachen. Mit diesem Ansatz wollen wir die Kenntnislücke zwischen Innenraumexpsosition und der Umweltexposition schließen. In diesem Projekt wird das Fachwissen eines deutschen und eines tschechischen Forschungsinstituts kombiniert. Es umfasst das Target-, Suspect- und Non-target-Screening nach organischen Schadstoffen in komplexen Umweltmischungen, die Detektion von Mutagenität und den zugrundeliegenden Chemikalien in Oberflächenwasser mit wirkungsorientierter Analytik und passiver Probenahme in verschiedenen Umweltmatrizes, sowie die Berücksichtigung von Verteilungsmechanismen von Verbindungen in Innenräumen.

Untersuchungen zur Pharmakokinetik und zum Metabolismus carcinogener, aromatischer Amine

Der Stoffwechsel aromatischer Amine wird mit dem Ziel untersucht, die fuer die akut toxischen und krebserzeugenden Wirkungen verantwortlicher Metaboliten zu identifizieren und die Ursachen fuer ihre gewebespezifische Wirkung aufzuklaeren. Das Studium der Abhaengigkeit der metabolischen Aktivierung und Inaktivierung von der Dosis soll dabei einen Beitrag zur Risikoabschaetzung im Bereich niedriger Dosen leisten.

Bildung von gentoxischen Nitrosoverbindungen durch Nitrosierung von Nahrungskomponenten

Nitrat wird durch die Bakterien der Mundhoehle im Durchschnitt zu etwa 10 Prozent zu Nitrit reduziert. Dieses gelangt mit dem Speichel in den Magen, wo die sauren Bedingungen eine Nitrosierung von Nahrungskomponenten foerdern. Die entstehenden Nitroso-verbindungen werden z.T. enzymatisch, z.T. spontan, in chemisch reaktive Produkte umgewandelt. Eine Reaktion dieser Abbauprodukte mit der Erbsubstanz DNA kann zur Krebsausloesung beitragen. Im Rahmen frueherer Dissertationen wurde gezeigt, dass Alkylharnstoffe, aromatische Amine, sowie einzelne Aminosaeuren als wichtige Vorlaeufer in Frage kommen. Nicht zuletzt wegen der steigenden Nitratbelastung durch unsere Ernaehrung ist es deshalb wichtig, die endogene Bildung von kanzerogenen Nitrosoverbindungen fuer verschiedene Stoffklassen zu analysieren und in Relation zu setzen mit der Aufnahme von vorgebildeten Nitrosoverbindungen.

Dynamische Methanolproduktion aus Hüttengasen, MeOH Synthese

Abbau von sulfonierten Azofarbstoffen

Azofarbstoffe stellen die mengenmaessig wichtigste Klasse an Farbstoffen dar. Jaehrlich werden mehrere hunderttausend Tonnen dieser Farbstoffe produziert und fuer die Faerbung von Papier, Leder, Textilien und anderen Artikeln verwendet. Die meisten industriell eingesetzten Azofarbstoffe enthalten neben der Azobindung 1-3 Sulfonsaeuregruppen und sind unter aeroben Bedingungen biologisch nicht abbaubar. Im Institut fuer Mikrobiologie wird daher versucht, eine Spaltung der Azobindung durch anaerobe Reduktion zu erreichen und diese anaerobe Vorbehandlung mit einem nachfolgenden aeroben Abbau der entstandenen sulfonierten Aminoaromaten zu verbinden. Hierdurch konnte an verschiedenen Modellverbindungen eine Mineralisierung sulfonierter Azofarbstoffe gezeigt werden. Die Kopplung der anaeroben und aeroben Verfahren wurde einerseits mit immobilisierter Biomasse in einem Bioreaktor oder mit suspendierten Zellen durch einen zweistufigen Anaerob/aerob-Prozess erreicht. Die Steigerung der anaeroben Reduktionsraten durch die Zugabe von redoxaktiven Chinonen wird derzeit eingehend untersucht, mit dem Ziel, die Raum-Zeit-Ausbeuten bei dem anaeroben Reduktionsprozess zu erhoehen. Des weiteren wird versucht, die Faehigkeit einiger hochgradig adaptierter Bakterien zur aeroben Reduktion von Azofarbstoffen zu nutzen, indem die Azoreduktasen kloniert und mittels genetischer Techniken fuer den Abbau industriell relevanter Azofarbstoffe optimiert werden sollen.

Molekularepidemiologische Untersuchungen von Harnblasenkarzinomen bei Chemiearbeitern

Anlass: In einer Vielzahl von Anzeigen auf Verdacht einer BK 1301 wird ein Zusammenhang zwischen der berufsbedingten Exposition gegenüber aromatischen Amine und der Entstehung von Harnblasenkrebs vermutet. Derzeit lassen sich jedoch die beruflichen und außerberuflichen Risikofaktoren noch nicht ausreichend abgrenzen, da Rauchen für die Entstehung von Blasenkrebs ein starker Risikofaktor ist, wobei auch eine Belastung mit aromatischen Aminen besteht. Seit 10 Jahren wird ein hochbelastetes Kollektiv (ODIN) eingehend arbeitsmedizinisch betreut. Alle in diesem Kollektiv aufgetretenen Blasenkrebsfälle wurden erfasst. Das Tumormaterial wurde zur molekularbiologischen Analyse dem BGFA übermittelt. Ziel: Vor diesem Hintergrund soll der Hypothese nachgegangen werden, inwieweit es spezifische molekulare Marker gibt, die eine Abgrenzung von Confoundern (z.B. Rauchen) und eine spezifischere Zuordnung zu berufsbedingtem Blasenkrebs erlauben. Weiterhin sollen an diesem ODIN-Kollektiv molekulare Marker untersucht werden, die die Früherkennung von Blasenkrebs verbessern. Methodik: Expositionsabschätzung stoffspezifischer Belastungen und Ermittlung von Confoundern, somatische Mutationsanalyse im Tumormaterial, Polymorphismen ausgewählter Fremdstoff-metabolisierender Enzyme in genomischer DNA, Nachweis von Matrixproteinen als Tumormarker im Gewebeschnitt und im Urin, Nutzung von Urin als Probenmaterial zur Gewinnung von Zellen und Proteinmarkern für eine nicht-invasive Früherkennung genetischer Schäden.

Teilvorhaben 9, Teilvorhaben 6

Einsatz von Harnblasenepithelzellkulturen fuer ein Kanzerogenitaets-Screening von aromatischen Aminen

Ziel der Studie ist es, ein in-vitro-Modell mit kultivierten Harnblasenepithelzellen des Schweins zu etablieren, welches spaeter dazu verwendet werden soll, Beurteilungskriterien ueber die krebserzeugenden Wirkungen von aromatischen Aminen in einem Screeningverfahren zu erarbeiten. Mit diesem Modell sollen genotoxische Wirkungen der aromatischen Amine auf der Ebene des Zielorgans untersucht werden. Dazu soll aufgeklaert werden, welche metabolischen Kompetenzen die Harnblasenepithelzellen besitzen. Durch das Benutzen von Harnblasen des Schweins, die aus Schlachttieren erhalten werden koennen, werden keine eigenen Versuchstiere benoetigt. Man erhaelt ein Modell aus kompetenten Primaerzellen, ohne wie ueblich, dafuer Versuchstiere toeten zu muessen. Gleichzeitig werden auch kein permanenten Zellinien verwendet, deren Kompetenz im Bereich des Metabolismus meist sehr weit eingeschraenkt ist, wodurch Extrapolationen der gewonnenen Daten kritisch sind.

Biotransformation und Biomonitoring von Nitromoschusverbindungen im Menschen

Im Vorhaben soll die Belastung des Menschen mit zwei Nitromoschus-verbindungen bestimmt werden sowie Daten zur Biotransformation dieser Verbindungen erarbeitet werden. Nitromoschusverbindungen sind synthetische Riechstoffe, die in der Umwelt stabil sind und im Fettgewebe des Menschen nachgewiesen wurden. Der Nachweis der Ausgangsverbindungen im Menschen sagt jedoch nur wenig ueber potentielle toxische Wirkungen aus, da aromatische Amine und Nitroverbindungen einer Biotransformation zu toxischen Metaboliten unterliegen. Die Menge an gebildeten toxischen Metaboliten ist daher ein viel besseres Mass fuer 'biologisch-effektive' Dosen und eine bessere Grundlage fuer die Bewertung des Gesundheitsrisikos dieser Exposition. Bei aromatischen Nitroverbindungen kann die 'biologisch-effektive' Dosis durch Quantifizierung der Bindung von Metaboliten an Haemoglobin leicht bestimmt werden. Im Vorhaben soll dieses Verfahren eingesetzt werden, um die Belastung des Menschen mit Nitromoschusverbindungen und die Biotransformation dieser Stoffe besser zu charakterisieren. Hierzu werden Blut- und Urinproben von nicht-spezifisch exponierten Freiwilligen auf Nitromoschusmetabolite untersucht. Ergaenzend werden zur Entwicklung der Methoden zur Messung solcher Verbindungen im Menschen bei Belastung aus der Umwelt Biotransformationsuntersuchungen mit Moschusketon in der Ratte durchgefuehrt. Die erhaltenen Daten sollen die zur Bewertung des Gesundheitsrisikos des Menschen durch Belastung mit Nitromoschusverbindungen nur spaerlich vorhandenen Daten ergaenzen und damit eine solidere Grundlage fuer Risikobewertungen ermoeglichen.Die Untersuchungen sollen die bislang unzureichende Datenlage zur Belastung des Menschen mit Nitromoschusverbindungen, zur Biotransformation von Nitromoschusverbindungen und moeglichen interindividuellen Unterschieden im Menschen verbessern und dadurch eine Bewertung der Risiken der Exposition des Menschen gegenueber dieser Gruppe von Umweltstoffen ermoeglichen. Wegen der Komplexitaet der Arbeiten werden die Untersuchungen auf die am weitesten verbreiteten Vertreter der Nitromoschusverbindungen, Moschusxylol und Moschusketon beschraenkt. Durch Bestimmung biologisch-effektiver Dosen von Moschusxylol und Moschusketon sowie Messung der entsprechenden Acetamide und gegebenenfalls Amine im Urin nach Exposition von Probanden (Mitarbeiter des Instituts fuer Toxikologie) soll das Ausmass der Belastung der Bevoelkerung bestimmt werden und moegliche interindividuelle Unterschiede in der Biotransformation von Moschusxylol und Moschusketon abgeleitet werden. Da zur Biotransformation von Moschusketon praktisch nichts bekannt ist, dienen Experimente mit kontrollierter Exposition von Ratten als Basis zur Entwicklung von Verfahren zur Messung der Haemoglobinbindung im Menschen nach Umweltbelastung.

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