Das Verbundvorhaben 'Erprobung, Vergleich, Weiterentwicklung und Beurteilung von Gentoxizitaetstests fuer Oberflaechenwaesser' hat zum Ziel, geeignete Verfahren zur Untersuchung von Wasserproben auszuwaehlen und sie auf Praktikabilitaet, Sensitivitaet und Aussagekraft zu pruefen. Davon ausgehend soll eine valide Testbatterie zur routinemaessigen Untersuchung von Oberflaechenwaessern und Uferfiltraten entwickelt werden. Da sich in der Umweltueberwachung ein Monitoring aus praxisorientierten, rationellen und finanziellen Gruenden auf Indikatortests beschraenken muss, wird eine Reihe von Indikatortests unter definierten Experimentalbedingungen vergleichend auf ihre Brauchbarkeit untersucht und einer Validierung zugefuehrt. Im Teilprojekt 13 des Verbundprojekts werden der UDS-Test und der Comet Assay an Fisch- und Saeugetierzellinien durchgefuehrt. Ziel ist es, im Vergleich mit den anderen am Projekt beteiligten Gruppen zu ermitteln, ob sich die Indikatortests 'UDS-Test' und 'Comet Assay' eignen, ein gentoxisches Potential in Oberflaechenwaessern zu erfassen. In der ersten Projektphase sollen die Testmethoden und Testprotokolle etabliert und die Testsysteme hinsichtlich ihrer grundsaetzlichen Eignung, ihrer Reproduzierbarkeit und der moeglichen Vergleichbarkeit der Ergebnisse geprueft werden. Hierzu werden gentoxische Monosubstanzen zur Standardisierung und Validierung der Testsysteme eingesetzt. Bei diesen Positivpruefsubstanzen handelt es sich um gewaesserrelevante Chemikalien, die ueber unterschiedliche Mechanismen verschiedene Primaerlaesionen in der DNA induzieren. Unser Ziel ist es, durch die Testung verschiedener Fisch- und Saeugetierzellinien die Kombinationen von Testmethoden und Testsystemen (=Zellinien) zu ermitteln, die hinsichtlich ihrer Einsetzbarkeit zur routinemaessigen Bestimmung eines gentoxischen Potentials in Wasserproben am besten geeignet sind. In der Hauptphase des Projekts werden Wasserproben mit bekanntem Belastungsgrad und ein festgelegtes Probennahmeprogramm von Rhein und Elbe als Grundlage fuer die Vergleichsuntersuchungen dienen. Die dabei erhaltenen Ergebnisse werden im Hinblick auf die Vergleichbarkeit und Standardisierbarkeit bewertet. Mit einer speziellen statistischen Auswertung und Absicherung soll die Grundlage fuer eine geeignete und validierte Testbatterie zur Erfassung des gentoxischen Potentials in Oberflaechenwaessern gebildet werden.
In einem interdisziplinären Ansatz wurde das Themenfeld Schwimm- und Badebeckenwasser unter chemischen, mikrobiologischen, toxikologischen und aufbereitungstechnischen Gesichtspunkten von insgesamt 8 Teilprojekten inhaltlich bearbeitet. Das Teilprojekt 'Epidemiologie war für die Planung und Koordinierung eines Humanbiomonitorings (HBM) verantwortlich. Das HBM erfolgte in enger Zusammenarbeit mit 4 weiteren Teilprojektpartnern (Umweltbundesamt / Bad Elster, Arbeitskreis Molekulare Mechanismen Umweltbedingter Gentoxizität / Universität Mainz, Landesgesundheitsamt Baden-Württemberg / Stuttgart, GEW RheinEnergie AG, Wasserlabor / Köln), die unmittelbar an den unten aufgeführten Analysen und der damit verbundenen Erarbeitung einer toxikologischen Datenbasis beteiligt waren. Ziel war eine verlässliche Abschätzung der von Desinfektionsnebenprodukten (DNP) ausgehenden Gesundheitsrisiken, die durch den Chloreinsatz im Rahmen der Wasseraufbereitung entstehen, zu ermitteln. Die epidemiologische Betreuung umfasste neben der Probandenrekrutierung, Felderschließung und Handhabung des Probenmaterials auch das Datenmanagement sowie die statistisch- epidemiologische Auswertung. In einer Querschnittsuntersuchung an gesunden Leistungssportlern wurden Schwimmer (N = 110) im Alter von 11 - 25 Jahren aus 3 Schwimmleistungszentren untersucht. Eine entsprechende Anzahl an nicht-exponierten Probanden (N=112) mit ähnlichem Leistungsspektrum wurde aus Leichtathletik- und Feld-Hockey-Nachwuchsstützpunkten rekrutiert. Die Hauptfelderschließung erstreckte sich von Oktober 2001 bis September 2002. In Anlehnung an die Pilotphase des Kinder- und Jugend-Gesundheitssurvey (KiGGS) 2001/02 des Robert Koch-Institutes und Umweltbundesamtes kam ein standardisierter Probanden- und Elternfragebogen zum Einsatz. Ergänzend zum Interview wurde eine körperliche Untersuchung durchgeführt, die auch Lungenfunktionsuntersuchungen sowie Blutdruckmessungen einschloss. Externe (Luft/Wasser) sowie interne (Serum) Trihalogenmethan-Konzentrationen wurden zur Expositionsbestimmung ermittelt. Die Erfassung gentoxischer Endpunkte erfolgte über den Nachweis von DNA-Einzelstrangbrüche mittels Comet-Assay und Chromosomenaberrationen in peripheren Lymphozyten. Zusätzlich wurde als Biomarker die Mikrokernrate in zytologischen Abstrichen der Mund- und Nasenschleimhäute bestimmt. Eine mögliche nephrotoxische Wirkung soll über den Nachweis von ß2-Mikroglobulin im Urin erfolgen.
Ziel des Verbundvorhabens ist die vergleichende Analyse und Bewertung von Indikatortests zur routinemaessigen Erfassung gentoxischer Belastung von Oberflaechengewaessern. Das Teilvorhaben des Zoologischen Instituts Heidelberg ist eingebunden in einen Verbund mit der LfU Baden-Wuerttemberg, Karlsruhe, sowie dem UfZ Leipzig und untersucht Sensitivitaet, Praktikabilitaet und Plausibilitaet des Comet-Assays (Einzelzellgelelektrophorese, Single Cell Gel Electrophoresis, SCE) als Indikatortest fuer die Induktion gentoxischer Veraenderungen/Wirkeffekte in Fischen und Fischzellen. Dazu wird der Comet-Assay fuer den Einsatz mit Zellen aus Fischgeweben optimiert, die Auswertung automatisiert und der Einfluss von Temperatur, Alter, Geschlecht und Vorbelastung erfasst. Die geplanten In vitro-Methoden sollen v.a. als Screening-Tests eingesetzt werden. Die Ganztierexperimente werden im Rahmen des allgemeinen Probenprogrammes exemplarisch an ausgewaehlten Proben durchgefuehrt und dienen der Verifizierung der In vitro-Befunde (Vergleich von Empfindlichkeit und Praktibilitaet). In den Tests werden die Fische bzw. Fischzellen mit definierten Modellsubstanzen sowie nativen und aufkonzentrierten Proben von Oberflaechenwasser aus bekanntermassen belasteten und unbelasteten Gewaessern belastet. Darueber hinaus werden die Fische in Zusammenarbeit mit der LfU an ausgewaehlten Messstellen in situ exponiert. Vergleichend werden isolierte Hepatocyten aus der Leber beta-naphthoflavoninduzierter Regenbogenforellen im Comet-Assay in vitro exponiert und untersucht. Die In vitro- und In vivo-Befunde an Fischen und Fischzellen werden mit Ergebnissen aus dem Comet-Assay mit unstimulierten Primaerkulturen von Fischhepatocyten und permanenten Zellkulturen aus Fischen (UfZ Leipzig) sowie Muscheln und Muschelzellen (LfU, Karlsruhe) verglichen.
Die Einzelzellgelelektrophorese (SCG) Technik ist der zur Zeit empfindlichste Kurzzeittest zum Nachweis gentoxischer Substanzen in einzelnen Zellen. Eine wichtige zukuenftige Anwendung ist im Human Biomonitoring zu sehen und in der Untersuchung von Tieren (zB Fische, Wuermer) zum Nachweis einer gentoxischen Umweltbelastung. Das hier geplante Projekt soll zur Validierung der Methode beitragen und mit experimentellen Ansaetzen Aussagen zu den Einsatzmoeglichkeiten im Biomonitoring machen. Dazu werden menschliche Zellen in vitro mit verschiedenen Schadstoffen behandelt. Es wird untersucht, wie lange induzierte DNA-Schaeden in proliferierenden und nichtproliferierenden Zellen nachgewiesen werden koennen. Mit Hilfe von reparardefekten Zellen wird der Einfluss der DNA-Reparatur auf die Persistenz induzierter DNA-Schaeden untersucht. Ausserdem werden nicht-gentoxische Kanzerogene untersucht, um zu klaeren, ob die im SCG-Test beobachteten Effekte spezifisch fuer gentoxische Wirkungen sind oder auch als Folge zytotoxischer Wirkungen (Zelltod) auftreten koennen. Ergebnisse: Es wurden Untersuchungen mit der Einzelzellgelelektrophorese (SCG-Test oder Comet Assay) durchgefuehrt, um Aufschluesse ueber einen Einsatz dieser Methode im Rahmen von Biomonitoring-Studien zu erhalten. Fruehere Untersuchungen hatten gezeigt, dass der SCG-Test eine sehr sensitive Methode zum Nachweis eines breiten Spektrums von DNA-Schaeden in vivo und in vitro ist. Im Rahmen dieses Projektes konnte zum ersten Mal nachgewiesen werden, dass starke koerperliche Belastung zu DNA-Veraenderungen fuehrt, die mit dem SCG-Test erfasst werden koennen. Ein Mehrstufentest auf dem Laufband fuehrte zu einer deutlichen Zunahme von DNA-Strangbruechen in Leukozyten. Dieser Effekt trat mit zeitlicher Verzoegerung auf und betraf die Mehrzahl der untersuchten Zellen. Da eine Zunahme von DNA-Schaeden nur nach starker koerperlicher Belastung unter anaeroben Stoffwechselbedingungen auftrat, wurde oxidativer Stress als Ursache vermutet. Tatsaechlich konnten die Autoren zeigen, dass die Einnahme von Vitamin E vor dem Lauf den DNA-schaedigenden Effekt verhindert. Diese Ergebnisse geben einen wichtigen Hinweis auf die Bedeutung freier Radikale als Ursache der DNA-Schaedigung nach koerperlicher Belastung. In einer ersten Populationsstudie mit dem SCG-Test konnte nachgewiesen werden, dass Muelldeponiearbeiter gegenueber einem Kontrollkollektiv vermehrt DNA-Effekte im SCG-Test aufweisen. Der Mittelwert der DNA-Schaedigung zeigte einen signifikanten Unterschied zwischen den beiden Gruppen. Dieser Unterschied war deutlicher, wenn das 'tail-moment' anstelle der Gesamtlaenge der DNA-Migration ('image-length') fuer die Auswertung zugrunde gelegt wurde...