Das Projekt "Biomarker in Biotaproben der Umweltprobenbank - Machbarkeitsstudie (Betrieb der Umweltprobenbank des Bundes, Teilbank Umweltproben, ab dem 1.1.2000)" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU), Umweltbundesamt (UBA). Es wird/wurde ausgeführt durch: Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie.Aktuelle Publikationen und Tagungen zum Thema Biomonitoring belegen, dass die Anwendung molekularer Biomarker in Biotaproben zur Identifikation von Umwelteinflüssen auf genetischer Ebene immer mehr an Bedeutung zunimmt. Das Ziel dieser Studie war es daher zu überprüfen, ob die Verwendung von Biomarkern auf genetischer Ebene in Jahreshomogenatproben der Umweltprobenbank (UPB) des Bundes prinzipiell ebenfalls möglich ist. Im Rahmen dieser Machbarkeitsstudie wurden Untersuchungen mit archivierten Muskulatur- und Leberproben von Brassen (Abramis brama) durchgeführt, da diese zum einen im UPB-Programm schon langjährig beprobt werden. Zum anderen sind Fische in der aquatischen Umwelt einer Vielzahl von Schadstoffen ausgesetzt, so dass sich hier viele potentielle Anwendungen ergeben. Weiterhin liegen für Fische umfangreiche Daten aus genetischen Untersuchungen im Labor vor. So ist es durch die Ableitung aus den bekannten Gensequenzen des Zebrabärblings (Danio rerio), einer mit dem Brassen verwandten Spezies, gelungen, Gene zu identifizieren, die im Brassen durch unterschiedliche Stressoren reguliert werden. Es konnten sowohl Marker detektiert werden, die wirkstoff-unspezifisch reguliert werden, als auch solche, die als wirkstoff-spezifisch anzusehen sind. Als Wirkstoff-unspezifischer Marker konnte das Gen des so genannten Hitzeschockproteins (HSP; heat shock protein) identifiziert werden. HSP wird durch die unterschiedlichsten Stressoren sehr schnell reguliert und repräsentiert dahingehend einen Indikator, der Auskunft darüber gibt, in welchem allgemeinen Stresszustand sich der untersuchte Organismus befand. Als Wirkstoffspezifische Marker wurden die Gene des Metallothioneins, das durch verschiedene Schwermetalle, und des Vitellogenins, das durch östrogenwirksame Substanzen in der Expression stark beeinflusst werden, gewählt. Für diese Gene konnte in Brassenlebern eine von den Expositionsbedingungen abhängige Aktivität nachgewiesen werden. So zeigten Fische von belasteten Standorten im Vergleich zu einem Referenzstandort eine höhere Expression dieser Gene. Die vorliegende Studie zeigt damit prinzipiell, dass molekulare Biomarker auch in Brassenproben der Umweltprobenbank des Bundes im Sinne eines retrospektiven Monitoring erfolgreich Anwendung finden können. Mit Hilfe der DNA-Microarray Technik wird es nun möglich, entsprechende Untersuchungen auf eine Vielzahl relevanter Gene auszuweiten und an einer großen Probenzahl durchzuführen. Damit könnten die bisher schon erfolgreich durchgeführten retrospektiven Untersuchungen von UPB-Proben zur Exposition von Fischen gegenüber Schadstoffen mit Daten zu möglichen Effekten auf genetischer Ebene ergänzt werden. Da Biomarker geschlechtsspezifisch unterschiedlich reagieren können (z.B. Vitellogenin), wird empfohlen, insbesondere die Brassen für die UPB zukünftig nach Geschlechtern getrennt zu beproben und einzulagern, um so die Anwendungsmöglichkeiten noch zu erweitern.
Das Projekt "Alternativmethoden: Untersuchung der Wirkung elektrischer Betäubung als eine alternative und belastungsärmere Euthanasiemethode im Zebrabärbling (UWeBZ)" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Bildung und Forschung. Es wird/wurde ausgeführt durch: Eberhard Karls Universität Tübingen, Werner Reichardt Centrum für Integrative Neurowissenschaften (CIN).
Das Projekt "Teratogenitätsprüfung mit Fischembryonen" wird/wurde gefördert durch: BASF SE. Es wird/wurde ausgeführt durch: Technische Universität Dresden, Fachrichtung Hydrowissenschaften, Institut für Hydrobiologie.In dem Projekt soll geprüft werden, ob sich der Embryotest mit dem Zebrabärbling (Danio rerio) als Screeningtest zur Erfassung des teratogenen Potentials von Chemikalien für Säugetiere eignet. Für die Fragestellung mußte der Embryotest, der als Ersatzmethode für den akuten Fischtest entwickelt wurde, modifiziert werden. Es wurden folgende sechs Endpunkte für teratogene Effekte festgelegt: keine Anlage der Augen, Deformation der Wirbelsäule, Deformation des Schwanzes, Deformation der Kopfanlage, keine Anlage der Otolithen und Reduktion der Schwanzlänge. Es wurden zahlreiche Substanzen untersucht. Dazu zählen Chemikalien, die beim Säuger eindeutig teratogene Effekte verursachen und nicht teratogene Substanzen. Die erzielten Ergebnisse sind vielversprechend und deuten darauf hin, daß sich dieses Modell zur Erkennung eines säugerteratogenen Potentials von Chemikalien eignet.
Das Projekt "AquaticPollutants: Wirkung von pharmazeutischen Wirkstoffen auf verschiedene Lebensstadien des Zebrabärblings (Danio rerio)" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Bildung und Forschung. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität Heidelberg, Institut für Zoologie, Abteilung V Morphologie & Ökologie, Arbeitsgruppe Aquatische Ökologie und Toxikologie.
Das Projekt "AquaticPollutants: Wirkung von pharmazeutischen Wirkstoffen auf verschiedene Lebensstadien des Zebrabärblings (Danio rerio), Vorkommen, Verhalten und Risikobewertung von Pharmazeutika in marinen Ökosystemen" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Bildung und Forschung. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität Heidelberg, Institut für Zoologie, Abteilung V Morphologie & Ökologie, Arbeitsgruppe Aquatische Ökologie und Toxikologie.
In view of the advanced development of new specific active pharmaceutical ingredients, the question arises as to whether the established standard procedures for the environmental risk assessment in the context of marketing authorization are still sufficient to adequately cover relevant effects on environmental organisms. The focus of this project is on specific test strategies for substances from the group of oncologicals, cardiologicals and statins, as well as their experimental verification in case studies. Studies with aquatic plants in the Lemna sp. Growth Inhibition Test ( OECD 221), the zebrafish embryo toxicity test (OECD 236) amended with sublethal endpoints and the comet assay with environmentally relevant cell types are discussed as possible adaptations, although not all of them proved to be suitable. Veröffentlicht in Texte | 21/2024.
Das Projekt "Entwicklung eines verlängerten OECD Ein-Generationen Reproduktionstests mit Zebrafischen (ZEOGRT) zur Identifizierung von endokrinen Disruptoren" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV) , Umweltbundesamt (UBA). Es wird/wurde ausgeführt durch: Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie.Ziel des Vorhabens ist es, einen Ein-Generationen Reproduktionstest mit Zebrafischen (ZEOGRT) zu entwickeln, der als OECD-Prüfrichtline eingereicht werden kann. Für die Bewertung der von chemischen Stoffen ausgehenden Gefahren und Risiken für die aquatische Umwelt sind die Wirkungen von chemischen Substanzen auf Vertebraten (Fische), Invertebraten (Krebstiere) und Primärproduzenten (Algen) mittels standardisierter Prüfmethoden zu untersuchen. Bisher gibt es jedoch keinen international standardisierten längerfristigen Fischtest mit Zebrabärblingen, der alle Lebensphasen umfasst. Für die Durchführung von Prüfungen auf längerfristige Effekte (Reproduktion, endokrine Effekte) wird in den verschiedenen Stoffregelungen (z.B. REACH Anhang 10, PflSchG, AMG) bisher das OECD 'Detailed Review Paper (DRP) on Fish Life-Cycle Tests' (OECD 'Series on Testing and Assessment No. 95') herangezogen. Daten aus Tests nach dem DRP fallen nicht unter die gegenseitige Anerkennung von Daten innerhalb der OECD (mutual acceptance of date - MAD). Dadurch kann es zu Doppeltestungen der gleichen chemischen Substanz kommen. Das bedeutet negative Auswirkungen mit Blick auf den Tierschutz (größer als 1000 Tiere pro Test) und Kosten (größer als 150 T Euro). Der zu entwickelnde und für die Bewertung von Endokrinen Disruptoren dringend benötigte OECD ZEOGRT wird unter MAD fallen, so dass die genannten Risiken entfallen. Die Standardisierung von OECD Prüfrichtlinien erfolgt nach den Prinzipien des OECD 'Guidance Document on the Validation and International Acceptance of new or updated Test Methods for Hazard Assessment' (OECD 'Series on Testing and Assessment No. 34'). Danach ist die Durchführung einer Validierungsstudie nötig. In diesem Vorhaben wird die Validierungsstudie für den ZEOGRT entsprechend des OECD Guidance Document No. 34 durchgeführt.
Depending on the ambient pH, ionizable substances are present in varying proportions in their neutral or charged form. The extent to which these two chemical species contribute to the pH-dependant toxicity of ionizable chemicals and whether intracellular ion trapping has a decisive influence in this context is controversially discussed. Against this background, we determined the acute toxicity of 24 ionizable substances at up to 4 different pH values on the embryonic development of the zebrafish, Danio rerio, and supplemented this dataset with additional data from the literature. The LC50 for some substances (diclofenac, propranolol, fluoxetine) differed by a factor of even >103 between pH5 and pH9. To simulate the toxicity of 12 acids and 12 bases, six models to calculate a pH-dependant logD value as a proxy for the uptake of potentially toxic molecules were created based on different premises for the trans-membrane passage and toxic action of neutral and ionic species, and their abilities to explain the real LC50 data set were assessed. Using this approach, we were able to show that both neutral and charged species are almost certainly taken up into cells according to their logD-based distribution, and that both species exert toxicity. Since two of the models that assume all intracellular molecules to be neutral overestimated the real toxicity, it must be concluded, that the toxic effect of a single charged intracellularly present molecule is, on the average, lower than that of a single neutral molecule. Furthermore, it was possible to attribute differences in toxicity at different pH values for these 24 ionizable substances to the respective deltas in logD at these pH levels with high accuracy, enabling particularly a full logD-based model on the basis of logPow as a membrane passage descriptor to be used for predicting potential toxicities in worst-case scenarios from existing experimental studies, as stipulated in the process of registration of chemicals and the definition of Environmental Quality Standards (EQS). © 2023 The Author(s).
Das Projekt "Gezielte Identifizierung Endokriner Disruptoren mittels Genexpressionsanalysen als zusätzlicher ökotoxikologischer Endpunkt im Fischtest über mehrere Generationen" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV) , Umweltbundesamt (UBA). Es wird/wurde ausgeführt durch: Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein.a) Endokrin wirksame Substanzen sind zu identifizieren und entsprechend zu regulieren. Etablierte Methoden, um Effekte auf Umweltorganismen und Populationen zu identifizieren, beschränken sich hauptsächlich auf chronische Studien mit Fischen. Aussagekräftige Ergebnisse erhält man mit diesen Studien jedoch erst nach mehreren Monaten. Direkt nach der Aufnahme einer endokrin wirksamen Substanz in den Organismus können spezifische Gene als Folge der endokrinen Störung aktiviert oder deaktiviert werden. Diese Veränderung kann mit der Methode der Genexpressionsanalyse bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt, beispielsweise nach 48 h, gemessen werden. In einem bereits abgeschlossenen Vorhaben (FKZ-371263418) wurde die prinzipielle Umsetzung und Eignung der Kombination des zusätzlichen Endpunktes Genexpressionsanalyse innerhalb eines verlängerten Fischtestes erfolgreich erarbeitet. Im Forschungsvorhaben sollen diese Erkenntnisse innerhalb eines Mehrgenerationenfischtests weiter ausgebaut werden. Dabei sollen, mit erheblich reduziertem Aufwand, zusätzliche Probennahmen in ein laufendes Forschungsvorhaben (Validierungsstudien zum Reproduktionstest mit Zebrafischen, FKZ 3716 65 4180) integriert werden. Die Genexpression ausgewählter Gene, die in entsprechende endokrine Prozesse involviert sind, soll in Fischen der F1- sowie F2-Generation analysiert werden. b) Durch die Integration des zusätzlichen frühen Endpunktes Genexpressionsanalyse soll die Aussagekraft bereits bestehender Testverfahren für endokrine wirksame Substanzen in Fischen erhöht werden. So können bereits zu früheren Zeitpunkten Toxizitätsmechanismen analysiert und ein endokriner Verdacht gestärkt werden. Die Ergebnisse sind Teil der Entwicklung neuer Testmethoden und Bewertungskonzepte für die Regulation von Chemikalien.
Environmental risk assessments of organic chemicals usually do not consider pH as a key factor. Hence, most substances are tested at a single pH only, which may underestimate the toxicity of ionisable substances with a pKa in the range of 4-10. Thus, the ability to consider the pH-dependent toxicity would be crucial for a more realistic assessment. Moreover, there is a tendency in acute toxicity tests to focus on mortality only, while little attention is paid to sublethal endpoints. We used Danio rerio embryos exposed to ten ionisable substances (the acids diclofenac, ibuprofen, naproxen and triclosan and the bases citalopram, fluoxetine, metoprolol, propranolol, tramadol and tetracaine) at four external pH levels, investigating the endpoints mortality (LC50) and heart rate (EC20). Dose-response curves were fitted with an ensemble-model to determine the true uncertainty and variation around the mean endpoints. The ensemble considers eight (heart rate) or twelve (mortality) individual models for binominal and Poisson distributed data, respectively, selected based on the Akaike Information Criterion (AIC). In case of equally good models, the mean endpoint of all models in the ensemble was calculated, resulting in more robust ECx estimates with lower 'standard errors' as compared to randomly selected individual models. We detected a high correlation between mortality (LC50) at 96 hpf and reduced heart rate (EC20) at 48 hpf for all compounds and all external pH levels (r = 0.98). Moreover, the observed pH-dependent effects were strongly associated with log D and thus, likely driven by differences in uptake (toxicokinetic) rather than internal (toxicodynamic) processes. Prospectively, the a priori consideration of pH-dependent effects of ionisable substances might make testing at different pH levels redundant, while the endpoint of mortality might even be replaced by a reliable sublethal proxy that would reduce the exposure, accelerating the evaluation process. © 2021 The Authors
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