1. Mit Hilfe der in diesem Forschungsvorhaben vorgeschlagenen Untersuchung soll der initiale Stoffwechsel von 2-Methylpropen (Isobuten) vergleichend fuer Maus, Ratte und Mensch untersucht werden. Ein Schwerpunkt der Untersuchungen ist hierbei der qualitative vergleichend quantitative Nachweis der Bildung von 2-Methyl-1,2-epoxypropan (Isobutenoxid) im Stoffwechsel der genannten Spezies. Als weiterer Schwerpunkt sind die Untersuchungen zur Mutagenitaet des Epoxids (2-Methyl-1,2-epoxypropan) zu sehen. Die hierbei erhobenen Daten sollen eine Abschaetzung des Gefaehrdungspotentials von Isobuten fuer den Menschen ermoeglichen. 2. Es war zu untersuchen, ob die Grundchemikalie der petrochemischen Industrie ISOBUTEN (2-Methylpropen) in vitro genotoxisch wirkt. Ratten wurden inhalatorisch mit 14C-Isobuten belastet. Nach Untersuchung der DNA in verschiedenen relevanten Organen konnten keine DNA-Addukte gefunden werden. Der Stoff ist also in vivo als nicht genotoxisch zu bezeichnen.
Ethylenoxid ist eine gentoxisch wirkende Chemikalie. Es war an Ratten nach inhalatorischer Gabe von mit 14C markiertem Ethylenoxid zu pruefen, wieviel markierte DNA-Addukte in verschiedenen Organen nachweisbar sind. Quantifiziert wurde das Addukt (2-Hydroxyethyl)guanin. Die Ergebnisse gingen in eine Risikoevaluierung fuer Ethylenoxid ein.
Das im Metabolismus von Styrol gebildete Styrol-7,8-oxid hat eine schwache elektrophile Reaktivitaet. Zur Abklaerung, welche Bedeutung DNA-Adduktbildung bei der Interpretation von Kanzerogeneseversuchen haben kann, werden DNA-Proben von Ratten und Maeusen, die waehrend zwei Jahren per Inhalation mit Styrol behandelt worden waren, auf O6-Guanyladdukte untersucht. Die Untersuchung erfolgt mit Hilfe der 32P-Postlabeling-Methode, die zu diesem Zwecke mit Hilfe von synthetisierten Adduktstandards optimiert und fuer eine Quantifizierung validiert wird.
Ziel des Projektes war die Quantifizierung von 8-Hydroxydeoxyguanosin (8OHdG) im Harn. Dieses modifizierte Nukleosid stellt einen etablierten Biomarker fuer sauerstoffradikal-induzierte DNA-Schaeden dar und wird durch Endonukleasetaetigkeit eliminiert. Zusaetzlich zu der durch den normalen Stoffwechsel bedingten oxidativen Schaedigung der DNA und der endogenen Disposition koennen auch exogene Faktoren eine wichtige Rolle bei oxidativem Stress spielen. Viele chemische oder physikalische Einfluesse fuehren entweder direkt zur Bildung von Sauerstoffradikalen oder beeintraechtigen die natuerlichen Abwehrfunktionen gegen oxidative Belastung. Bereits geringe Aenderungen koennten das Ausmass an oxidativen Schaeden beeinflussen, da die Belastung durch Radikale gross ist gegenueber jener durch andere Schadstoffe. Fuer die Analyse von 8OHdG wurde im Rahmen einer Diplomarbeit ein Verfahren mittels HPLC und elektochemischer Detektion entwickelt. Die Probenvorbereitung konnte durch eine zweistufige Festphasenextraktion optimiert werden, und die Nachweisgrenze der Methode von 100 fmol liegt deutlich unter der Menge von 3 - 6 pmol 8OHdG in den analysierten Harnproben. Mit der Erstellung des Messverfahrens wurden u. a. die Aspekte der Reproduzierbarkeit zwischen und innerhalb von Messserien, Stabilitaet der Kontrollproben und der Einfluss der Aufbewahrung abgeklaert. In diesem Projekt wurden 34 Sportler untersucht, deren mittlere 8OHdG- Ausscheidung mit 1.7 mol/mol Kreatinin nicht signifikant von der Kontrollguppe abwich. Zahlreiche Arbeiten ueber 8OHdG als Parameter fuer oxidativen Stress bestaetigen inzwischen die Bedeutung dieses Pathomechanismus. Das Wirkungsspektrum reaktiver Sauerstoffspezies erscheint immer komplexer und reicht von normalen degenerativen Prozessen ueber Krebs bis hin zur Entstehung neuronaler Erkrankungen. Mit der Methode der Quantifizierung von 8OHdG im Harn soll in Folgeuntersuchungen auf das oxidative Stressniveau verschiedener exponierter Personengruppen eingegangen werden.
Endogene Vorgaenge, insbesondere die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies gelten als eine wesentliche Ursache fuer Krebserkrankungen. Diese Vorgaenge fuehren ua zur Lipidperoxidation, bei der Kanzerogene allen voran Malondialdehyd und Hydroxynonenal (HNE) freigesetzt werden. HNE ist mutagen, gentoxisch, bildet exocyclische DNA-Addukte und ist im Organismus permanent nachzuweisen. Hoehere Konzentrationen werden zB bei entzuendlichen Vorgaengen oder in der Postischaemiephase gebildet. Eine genauere Krebsrisikoabschaetzung ist allerdings derzeit nicht moeglich. Ziel des Projektes ist es, entsprechende DNA-Addukte des HNE als Marker fuer die Krebsinitiation in tierischen und menschlichen Geweben nachzuweisen, um damit die Krebsrisikoabschaetzung zu verbessern. Erst dann sollen Praeventivmassnahmen wie Tocopherol- oder physiologische Selengaben, Nahrungseinwirkungen etc entwickelt und deren Wirksamkeit wieder ueber DNA-Adduktmonitoring geprueft werden. Langfristig ist es das Ziel, die Krebsrate durch Verringerung der endogen bedingten Initiation zu senken.
Zur Beurteilung einer genschaedigenden Exposition von Arbeitnehmern durch ihre berufliche Umgebung koennen verschiedene Messverfahren angewendet werden. Die Bestimmung der aeusseren Exposition, zB durch Messung der Konzentration ausgewaehlter Substanzen in der Raumluft, kann nur ein Mass fuer die mittlere Belastung eines Kollektivs darstellen. Individuelle Unterschiede in der Aufnahmemenge oder der Resorptionsquote der Schadstoffe koennen durch Bestimmung der inneren Belastung zB durch Messung der Konzentrationen im Urin oder im Blut bestimmt werden. Die tatsaechliche genschaedigende Belastung der Menschen ist aber nicht nur von der aufgenommenen Menge der Schadstoffe sondern auch von anderen Faktoren, wie dem Ausmass der Metabolisierung oder der Reparaturkapazitaet der einzelnen Personen, abhaengig. In vielen Faellen sind auch nicht alle potentiellen genschaedigenden Substanzen im Berufsumfeld und die daraus im Menschen entstehenden Metabolisierungsprodukte bekannt, so dass die Bestimmung der aeusseren und der inneren Exposition die Beurteilung des Krebsrisikos nur unvollstaendig erlaubt. Zur Beurteilung der Gefaehrdung von Arbeitnehmern sollte daher ein Verfahren eingesetzt werden, welches nicht die einzelnen Substanzen sondern deren Wirkung, die Genschaeden, direkt erfasst. Um die problematische Uebertragung von im Tierversuch gewonnenen Ergebnissen auf die Spezies Mensch zu umgehen, sollten die Wirkungen der Substanzen direkt am Menschen nachgewiesen werden koennen. Wir setzten zur Untersuchung von Arbeitnehmern auf eine genschaedigende Belastung durch die Arbeitsplatzumgebung die alkalische Filterelution ein.
Alpha, Beta-Ungesaettigte Carbonylverbindungen sind in unserer Umwelt ubiquitaer z.B. in Verbrennungsabgasen (auch Autoabgasen und Tabakrauch) als industriell wichtige Produkte, als natuerlich gebildete Stoffe (Nahrung, Pflanzen und Tiere, im Trinkwasser, Holzligninabbau, Humin-Fulvinsaeure Auf- und Abbau, Fettpyrolyse) insbesondere aber als endogen gebildete Stoffe (Lipidperoxydation, Ischaemie, entzuendliche Prozesse, Fettsaeureoxidation vor allem mehrfach ungesaettigte Fettsaeuren). Im Ames Test, im SOS- Chromotest und im alkalischen Elutionsversuch konnten wir eindeutig mutagenes, gentoxisches und strangbruchinduzierendes Potential fuer diese Stoffgruppe nachweisen und Struktur-Wirkungsbeziehungen aufstellen. In diese Untersuchungen wurden ca 40 Substanzen einbezogen. Die Bildung von DNA-Addukten in vitro wurde fuer ca. 25 dieser Substanzen untersucht und verschiedene Addukttypen isoliert, indentifiziert, chemisch und spektroskopisch charakterisiert. Andere Forschergruppen haben weitere gentoxische Wirkungen sowie kanzerogene Aktivitaeten fuer viele Verbindungen aus dieser Stoffgruppe nachgewiesen. Der Nachweis von DNA-Addukten mit diesen Stoffen kann als empfindlicher Parameter fuer die Initueerung von Krebszellen verwendet werden. Der hochempfindliche Nachweis(bei uns derzeit ca 1 Addukt/109 Nukleotiden) kann genaueren Aufschluss ueber die Bedeutung dieser Verbindungen fuer die Kanzerogenese erbringen und erlaubt eine Differenzierung unterschiedlicher Exposition z.B. beruflich, ueber die Umwelt (Luft, Wasser, Nahrung) oder endogen (z.B. die Rolle chronischer Entzuendungen) und ihre Bedeutung fuer die Krebserkrankungen.
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollen Methoden erarbeitet werden, die es erlauben, die Addukte elektrophiler Substanzen an Haemoglobin und DNA quantitativ zu bestimmen. Als Beispiel solcher Substanzen sollen die sog BTX-Aromaten (Benzol, Toluol, Xylole, Ethylbenzol) dienen. HB-und DNA-Addukte sind relativ leicht zugaengliche Indikatoren fuer eine quantitative Abschaetzung des krebserzeugenden Risikos. Es werden chemisch-analytische Verfahren erarbeitet, mit denen die Addukte von BTX-Aromaten an Haemoglobin und DNA entsprechend exponierter Personen bestimmt werden koennen. Andererseits sollen die BTX-Aromaten in vitro mit Enzymsystemen aktiviert und mit Blut bzw Haemoglobin umgesetzt werden. Aus dem in vivo und in vitro gewonnenen biologischen Material wird das veraenderte Haemoglobin mit elektrophoretischen und chromatographischen Methoden abgetrennt und in die einzelnen Aminosaeuren gespalten. Dabei werden Kapillargaschromatographie bzw HPLC eingesetzt. Die quantitative und qualitative Bestimmung der veraenderten Aminosaeuren wird mit der Massenspektrometrie durchgefuehrt.
Identifizierung von Dibenzo(a,l)pyren als die bislang kanzerogenste Verbindung unter den polyzyklisch aromatischen Kohlenwasserstoffen. Darstellung der Metabolitenprofile, DNA-Addukte, Zytotoxizitaet, Mikrokernbildung und Mutagenitaet an den metabolisch kompetenten V79 Zelllinien. Speziesspezifische Unterschiede in der metabolischen Aktivierung polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe.
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