Die Bioakkumulation von Stoffen anthropogenen Ursprungs, die in der Umwelt persistent sind, kann für die betroffenen Organismen eine Gefahr darstellen. Viele Stoffe akkumulieren im Fettgewebe von Organismen. Für neutrale organische Stoffe mit einer geringen bis mittelgrossen molaren Masse trifft dies mehrheitlich zu. Dort existieren Modelle, die auf dem Octanol-Wasser-Verteilungskoeffizenten (Kow) basieren und mit welchen die Bioakkumulation relativ zuverlässig abgeschätzt werden kann. Für andere Stoffe, insbesondere bei solchen, die in der Umwelt teilweise oder vollständig in anionischer oder kationischer Form vorliegen oder beispielsweise an Proteine binden, gibt es noch bedeutende Wissenslücken. Ziel des Projekts ist eine Verringerung dieser Kenntnislücken. Der Wissensgewinn wird im Zusammenhang mit der Überprüfung der Selbstkontrolle, bei der Beurteilung von Neustoffen sowie bei der internationalen Zusammenarbeit in Expertengruppen (z.B. der PBT Expert Group) genutzt. Projektziele: Abschätzung der Bioakkumulation von bestimmten persistenten Stoffen Abhängig von den physiko-chemischen Eigenschaften eines Stoffs kann sein Bioakkumulationspotential besser oder schlechter abgeschätzt werden. Die existierenden Modelle decken quasi nur Stoffe ab, sie sich vornehmlich im Fettgewebe von Organismen akkumulieren. Für andere Stoffe, insbesondere bei solchen, die in der Umwelt teilweise oder vollständig in anionischer oder kationischer Form vorliegen oder beispielsweise an Proteine binden, fehlen passende Modelle. Mit den in diesem Projekt gewonnen Erkenntnissen soll die Grundlage für die Entwicklung geeigneter Modelle verbessert werden.
Bei der Rindfleischproduktion wird weltweit zur Sicherung der Geschmacksqualität und Verbraucherakzeptanz eine exzessive Verfettung der Tierkörper in Kauf genommen, und es werden wertvolle Futtermittel verschwendet. Eine der Zielsetzungen der Tierzuchtwissenschaftler muß es daher sein, die Regulationsmechanismen der Fetteinlagerung (Adipogenese) im Tierkörper und im Muskel zu erforschen. Die Untersuchungen zur Adipogenese sind Bestandteil des interdisziplinären Forschungsschwerpunktes des FBN: 'Genetische und physiologische Grundlagen des Nährstoffumsatzes von genetisch differenten Rindern in segregierenden Familienstrukturen' (SEGFAM). Arbeitsaufgaben in diesem Projekt sind die Untersuchung von Transkriptionsfaktoren in ihrer Bedeutung für die Regulation der Prädipozytendifferenzierung und das Wachstum der Fettzellen sowie die Aufklärung der Rolle des von den Adipozyten sezernierten Hormons Leptin für das Wachstum, die Futteraufnahme und die Regulation des Stoffwechsels beim Rind. Die Anwendung der Erkenntnisse zur Adipogenese können helfen, die Produktqualität des Fleisches zu verbessern und gleichzeitig einen uneffektiven Verbrauch von Ressourcen zu vermindern.
Die als Ersatzstoffe fuer natuerliche Moschusduftstoffe verwendeten, synthetischen Nitromoschusverbindungen sind persistente, lipophile Chemikalien, die in der Oekosphaere bioakkumulieren (Fische, menschliches Fettgewebe, Humanmilch). Ueber ihre chronische Toxizitaet, besonders hinsichtlich Entwicklungstoxizitaet, war bisher wenig bekannt. Wir untersuchten an Long Evans Ratten die Bioakkumulation von Moschus Xylol (MX) in der Elterngeneration sowie bei Jungtieren nach oraler Langzeitapplikation ueber das Futter. Bei adulten Ratten fand sich eine Geschlechtsdifferenz in der Bioakkumulation mit 3.7-6.8fach hoeheren MX-Konzentrationen bei weiblichen Tieren in allen untersuchten Geweben. Die MX-Konzentration in der Milch entsprach den Werten im weiblichen Fettgewebe. Jungtiere zeigten eine dosisabhaengige Bioakkumulation. Die Daten weisen auf eine transplazentaere Passage von MX in Kombination mit einer Exposition ueber die Muttermilch hin (Suter-Eichenberger et al., 1998). Mikrosomale Leberenzyme wurden mit Aktivitaetsmessung (CYP1A1: EROD, CYP1A2: MROD) und Western Blot (CYP1A, CYP2B, CYP3A) analysiert. Die Enzyminduktion durch MX war nach Langzeitexposition in niedriger Dosierung (ab 2-3 mg/kg/d) auf CYP1A1 und CYP1A2 beschraenkt. Erst hoehere Dosen induzierte auch CYP2B bei adult exponierten Ratten und CYP2B plus CYP3A bei Jungtieren. Adulte Exposition und Exposition waehrend der Ontogenese verursachten somit unterschiedliche Induktionsmuster. Bei CYP1A1 und CYP1A2 ergab die Untersuchung am ersten Lebenstag, dass diese Enzyme bereits transplazentaer durch MX induziert werden. Die Daten ergeben einen LOAEL von 2-3 mg/kg/d und einen NOAEL von 0.7-0.8 mg/kg/d. Die in den Ratten bei LOAEL-Dosierung erreichten Konzentrationen im Fettgewebe lagen ca. 50x ueber menschlichen Fettgewebswerten (Suter-Eichenberger et al., 1999 im Druck). Bei hoeheren Dosierungen (ab 35 mg/kg/d) zeigte sich eine signifikant erhoehte postnatale Mortalitaet der Jungtiere, deren Grundlagen weiter untersucht werden sollen.
Die Verwendung von Seren als Zusatz zu Wachstumsmedien ist Routine in der Zell- und Gewebekultur. Seren versorgen die Kulturen mit Hormonen, Wachstums- und Anheftungsfaktoren, Bindungs- und Transportproteinen, zusätzlichen Aminosäuren, anorganischen Salzen, Spurenelementen sowie Puffer- und Neutralisationssystemen (z. B. Proteaseinhibitoren). Ferner werden mit dem Serum auch Fettsäuren und Lipide in das Kulturmedium eingebracht. Die Verwendung von fetalem Kälberserum birgt aber Nachteile. Seren können toxische Stoffe (z. B. Umweltgifte), bakterielle Toxine (Endotoxine) und unerwünschte Mikroorganismen wie Pilze (Hefen), Bakterien (einschließlich Mycoplasmen), Viren und Prionen enthalten. Darüber hinaus finden sich jahreszeitliche und geographische Schwankungen in der qualitativen und quantitativen Zusammensetzung einzelner Serum-Chargen. Der gravierendste Nachteil ist allerdings die Methode der Serumgewinnung. Fetales Kälberserum wird von Föten trächtiger Kühe gewonnen. Es wird angenommen, dass weltweit jährlich ca. 500.000 Liter fetales Kälberserum benötigt werden, was der Tötung von rund 1 Mio. Rinderföten entspricht. In den letzen Jahren sind die ethischen Bedenken gegenüber der Serumgewinnung immer lauter geworden und es wurden eine Reihe an Alternativen aufgezeigt, um durch eine Verringerung im Verbrauch bzw. durch den vollständigen Ersatz von fetalem Kälberserum die jährlichen Verbrauchszahlen an Rinderföten im Sinne der 3R zu senken. Wir konnten kürzlich in einem umfangreichen Projekt zeigen, dass Extrakte humaner Thrombozyten als vollwertiger Ersatz für fetales Kälberserum in einer Vielzahl unterschiedlicher Kultursysteme dienen können. Thrombozyten (Blutplättchen) produzieren eine Reihe von Wachstumsfaktoren, die sie in ihren á-Granula speichern und nach Aktivierung freisetzen. Der hohe Gehalt an spezifischen Wachstumsfaktoren macht humane Thrombozytenextrakte zu einem hervorragenden Ersatzprodukt für die Zell- und Gewebekultur, besonders für Zellen humanen Ursprungs und in der Stammzellkultur. Im vorliegenden Projekt sollen die von uns erarbeiteten Methoden zur Gewinnung geeigneter Thrombozytenextrakte an Stammzellkulturen unterschiedlicher Provenienz (humane mesenchymale Stammzellen aus dem Knochenmark bzw. Fettgewebe, embryonale Mausstammzellen) ausgetestet werden. In weiterer Folge sollen die unter den gewählten Bedingungen kultivierten Stammzellen auf ihre Eignung als innovative in vitro-Testsysteme geprüft werden. Folgende Fragen stehen dabei im Vordergrund: - Können Stammzellen mit Thrombozytenextrakten als Serumersatz kultiviert werden? - Können Stammzellen mit Thrombozytenextrakten im undifferenzierten, pluripotenten bzw. oligopotenten Stadium gehalten werden? - Können Stammzellen mit Thrombozytenextrakten in verschiedene, spezialisierte Zelltypen (tissue lineages) ausdifferenzieren? - Kann z. B. der Embryonale Stammzelltest (EST) unter den obengenannten Kulturbedingungen durchgeführt werden? Sind die Ergebnisse vergleichbar?
Persistente organische Verbindungen (POPs) werden nicht nur durch die Inhalation von kontaminierter Luft und durch direkten Hautkontakt in den menschlichen Körper aufgenommen, sondern auch, wie Untersuchungen zeigten, durch die tägliche Nahrungsaufnahme von fetthaltigen Lebensmitteln. Diese hydrophilen Substanzen werden in den Fettgeweben der Organismen eingelagert und angereichert. Durch Verzehr jener Lebensmittel können diese Stoffe in den nächsten Konsumenten übergehen und erneut eingelagert werden. Der Eintrag der Schadstoffe in die Nahrungskette über das Grundwasser und den Boden, sowie die Weitergabe dieser Verbindungen von Konsument zu Konsument bilden die Grundlage für die Gefährdung des Menschen durch diese Umweltchemikalien. Im Rahmen der Arbeit wurden 11 verschiedene Lachsfilets unterschiedlicher Hersteller bezüglich ihrer Belastung mit einer Auswahl von POPs (HCB, Lindan und Ballschmiter-PCBs) untersucht. Zu diesem Zweck wurde eine entsprechende Analysenmethode erarbeitet, wobei auch der Einfluss der Probenzerkleinerung, der Probenaufreinigung und der Messmethoden auf die Wiederfindung untersucht wurde. Die Proben wurden dabei zerkleinert und mittels Soxhlet-Extraktor aufgearbeitet, der Extrakt anschließend mittels Festphasenextraktion über modifizierte Kieselgele aufgereinigt und mittels GC-MS vermessen und ausgewertet. Es konnte für die Probenmessungen eine optimierte Methode erstellt werden, die neben der Probenzerkleinerung mit dem Ultraturax und der Aufreinigung über saures Kieselgel, die MS-Methodik selected ion monitoring (SIM) enthält. Die Gehalte der POPs in den aufgearbeiteten Proben bewegten sich für HCB zwischen 1 bis 29 ng/g Fett, für Lindan zwischen 1 bis 300 ng/g Fett und für die einzelnen PCBs zwischen 1 bis 110 ng/g Fett. Der Vergleich der Proben aufgrund ihrer Lebensart ergab bei der Gegenüberstellung von Wild- und Zuchtlachs im Gegensatz zu bereits vorliegenden Untersuchungen von M. N. Jacobs et al. (1) eine höhere Kontamination der Wildlachse als der Zuchtlachse. Des Weiteren wurde im Vergleich eine höhere Kontamination der Zuchtlachse von der Nord-Halbkugel (Norwegen, Faroer-Inseln) gegenüber den Vertretern der südlichen Hemisphäre (z.B. Chile) ermittelt.
Technische Organochlorverbindungen und solche mit insektizider Wirkung sind in der Bundesrepublik Deutschland wegen ihres gesundheitsgefaehrdenden Potentials und ihrer Persistenz in der Umwelt in ihrer Anwendung und Herstellung meistens verboten. Sie koennen aber wegen dieser Persistenz heute noch in nahezu allen Nahrungsmitteln nachgewiesen werden. Im Tier reichern sie sich vorwiegend im Fettgewebe an. Anhand von Transportmodellen fuer luftgetragene Schadstoffe kann man ableiten, dass Waldoekosysteme als sehr effektive Filter fuer diese meist schwebstaubgetragenen unerwuenschten Stoffe wirken. Diese Staeube fallen dann mit den Nadeln und dem Laub in die Streu und reichern sich nach deren Zersetzung letzten Endes aufgrund ihrer Wasserunloeslichkeit in den Humusschichten der Waldboeden an. Tiere, die sich wenigstens zum Teil aus diesen Schichten ernaehren und das sind z.B. Wildschweine sollten daher sehr viel hoehere Gehalte an diesen unerwuenschten Stoffen in ihrem Fettgewebe aufweisen als andere Tiere. Zu Vergleichszwecken sollen die Organochlorverbindungsgehalte im Fettgewebe von Hausschweinen untersucht werden, die aufgrund ihrer Stallaufzucht keine Moeglichkeit zum Wuehlen hatten. Untersucht werden zusaetzlich Waldbodenprofile und Streuverteilungen, die diese Arbeiten ergaenzen, bei denen auch klimatische und topographische Faktoren beruecksichtigt werden sollen. Ziel ist es einerseits die Schadstoffverteilung - Waldoekosystem zu kontrollieren, andererseits vergleichende Aussagen zu Organochlorbelastung von Haus- und Wildschweinen fuer die Gesetzgebung zum Gesundheitsschutz zu bekommen.
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