Spurenstoffe im Wasserkreislauf ein toxikologisches Risiko?!

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Judith Böhmer
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1 Titel: Teststrategie, Methoden und Beispiele zur Gentoxizitätsprüfung von Wasserproben Spurenstoffe im Wasserkreislauf ein toxikologisches Risiko?! T. Grummt Umweltbundesamt, Dienstgebäude Bad Elster Gespräch der AGES Akademie Wien Spurenstoffe im Wasserkreislauf Wien, 10. Juni 2013

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Organigramm des UBA Präsident Vizepräsident Toxikologie des Trinkwassers- und des Badebeckenwassers Zentralbereich FB I Umweltplanung und Nachhaltigkeitsstrategien FB II

3 Organigramm des UBA Präsident Vizepräsident Toxikologie des Trinkwassers- und des Badebeckenwassers Zentralbereich FB I Umweltplanung und Nachhaltigkeitsstrategien FB II Gesundheitlicher Umweltschutz, Schutz der Ökosysteme FB III Nachhaltige Produktion und Produkte, Kreislaufwirtschaft FB IV Chemikaliensicherheit FB E Emissionshandel Deutsche Emissionshandelsstelle 3

4 Die Trinkwasserverordnung (TrinkwV) 4

Landwirtschaft, relevante/nicht relevante Metabolite) Materialien

5 (Tages-) Baustellen anthropogene Spurenstoffe, einschließlich Transformationsprodukte komplexe Gemische Nutzungskonkurrenz (z.b. Landwirtschaft, relevante/nicht relevante Metabolite) Materialien im Kontakt mit Trinkwasser Aufbereitungstechniken/Prozesskontrolle 5

6 Offene Diskussionspunkte Bewertungskonzepte regulative Begriffsbestimmung Schutz der Wasserressourcen für die Trinkwassergewinnung Stoffauswahl entsprechend der Problemlage Ableitung der Umweltqualitätsnormen Nachweisgrenzen und Einhaltung Reichweite der Maßnahmen 6

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8 Aktuelle Diskussion Ist die Unterscheidung von relevanten und nicht relevanten Metaboliten richtlinienkonform? englische Fassung der Richtlinie 98/83/EG/ Anhang I / Teil B relevant metabolites deutsche Trinkwasserverordnung relevanten Metaboliten, obwohl deutsche Trinkwasserrichtlinie von entsprechenden Metaboliten spricht 8

9 Allgemeine Trinkwasserbeschaffenheit in D Bericht des BMG/UBA an den Verbraucher : Trinkwasser aus (den berichtspflichtigen) Wasserversorgungsanlagen (>1000 m³/d od. >5000 P.) besitzt eine gute bis sehr gute Qualität. Begründung: Bei den meisten mikrobiologischen und chemischen Qualitätsparametern werden zu >99 % die Grenzwerte und Anforderungen der TrinkwV 2001 eingehalten (Ausnahme: nur % bei wenigen PSM-Metaboliten) 9

Warnsignale aus der Ökotoxikologie Komplexes Schutzgut Flächenhafte Exposition Unkenntnis über zeitliche Reichweite möglicher Wirkungen und Anzahl

10 Warnsignale aus der Ökotoxikologie Komplexes Schutzgut Flächenhafte Exposition Unkenntnis über zeitliche Reichweite möglicher Wirkungen und Anzahl der Betroffenen Anthropogene Spurenstoffe Unzureichendes Wissen innerhalb der Kausalkette Ursache(n)-Wirkung(en) Problematische Stoffeigenschaften 10

11 Gift aus dem Hahn Vor allem im Norden und Osten Deutschlands gibt es in vielen Häusern noch Bleirohre. Für Kleinkinder kann das belastete Wasser besonders gefährlich sein. Bis zum 1. Dezember 2013 müssen Vermieter die alten Leitungen austauschen. Das Trinkwasser in Deutschland hat eine gute Qualität. Wer seinen Durst schnell löschen will, braucht zu Hause nur den Hahn aufzudrehen. Allerdings ist das Wasser aus der Leitung in manchen Häusern nur mit Vorsicht zu genießen: Die in einigen Teilen Deutschlands noch verbreiteten Bleirohre führen zu erhöhten Bleiwerten, die auf Dauer gesundheitsschädlich sind. Quelle: Süddeutsche Zeitung Nr. 107, Freitag, 10. Mai

12 Newsletter PLANET E. AM UM UHR Risiko Trinkwasser Es verdichten sich die Anzeichen, dass auch geringste Chemikalienmengen gesundheitsschädlich sein können, wenn die Substanzen jahrelang täglich aufgenommen werden. Zum Beispiel über unser Trinkwasser. Es gilt zwar als das am besten kontrollierte Lebensmittel überhaupt. Aber wirklich sauber ist es nicht. Wie hoch ist das Risiko? planet e. trägt die Fakten zusammen, fragt nach und sucht nach Lösungsansätzen. 12

13 Arzneimittel-Rückstände in Gewässern Im Schwarm finden Barsche Schutz. Doch unter dem Einfluss pharmazeutischer Stimmungsaufheller werden die Fische zu Einzelgängern und Haudegen. Quelle: Süddeutsche Zeitung vom 15. Februar

14 Das GOW-Konzept für Schadstoffe im Trinkwasser Ausgangssituation Forderung Konzept Für neue Umweltschadstoffe liegen häufig keine toxikologisch ausreichend bewertbare Daten vor Pragmatische Bewertung der Anwesenheit teil- oder nicht bewertbarer Stoffe im Trinkwasser aus gesundheitlicher Sicht Das GOW-Konzept beinhaltet 5 wirkungsbezogene gesundheitliche Orientierungswerte. Diese eignen sich als Bewertungsmaßstab zur Beantwortung der Frage, ob infolge der Anwesenheit eines Stoffes ohne Grenzwert in Trinkwasser eine Schädigung der menschlichen Gesundheit zu besorgen sein könnte. 14

15 Neuartige Wirkungen - physiologische Regelkreise Regelkreise ZNS, Nerven Neurotoxisch Neuartige Wirkungen Hormone Endokrine Disruptoren Gene Gentoxisch Reproduktives System Reprotoxisch Immunsystem Immunotoxisch 15

16 Das GOW-Konzept GOW [µg/l] 0,01 0,1 0,3 Biotests

17 Nach GOW-Konzept bewertete Stoffe insgesamt 65 Stoffe bewertet Beispiele: Stoff AMDOPH Amidotrizoesäure Benzotriazol Carbamazepin Clofibrat Diclofenac Ibuprofen Lanthan GOW 3,0 µg/l 1,0 µg/l 3,0 µg/l 0,3 µg/l 3,0 µg/l 0,3 µg/l 1,0 µg/l 1,0 µg/l 17

18 Das GOW-Konzept für Schadstoffe im Trinkwasser Reevaluierung wissenschaftlicher Kenntnisstand Exposition 18

19 12 Verbundprojekte werden in RiSKWa gefördert: 19

Entwicklung einer harmonisierten Teststrategie Formulierung

20 Weiterentwicklung des GOW-Konzeptes im Rahmen des Verbundvorhabens Tox-Box (Förderkennzeichen: 02WRS1282A) Entwicklung einer harmonisierten Teststrategie Formulierung allgemeiner Leitlinien in Form von Entscheidungsbäumen Festlegung von Maßnahmeoptionen 20

21 An der Tür ein Wert Substanztestung Wirkmechanismus (MOA) Expositionserhebung 21

22 hinter der Tür der Weg! Substanztestung Wirkmechanismus (MOA) Expositionserhebung 22

23 PFT - Externe Exposition Testsubstanzen Perfluorcarbonsäuren Max. Konzentration [ng/l] in OFW Perfluorpentansäure Perfluorhexansäure TW Perfluoroctansäure Perfluordecansäure n.a. n.a. Perfluorsulfonsäuren Perfluorbutansulfonsäure Kaliumsalz Perfluoroctansulfonsäure Kaliumsalz Quelle: Skutlarek, Exner, Färber (2006) 23

24 Ergebnisse von Xiaofeng Yao et al. Mutation Research 587 (2005) Comet Assay vs. Reaktive Sauerstoffspezies Mikrokernrate vs. Reaktive Sauerstoffspezies Tail moment (µm) Rel. Fluoreszenzintensität MK pro 1000 Zellen Rel. Fluoreszenzintensität PFOA (µm) PFOA (µm) 24

25 Das GOW-Konzept GOW [µg/l] 0,01 0,1 0,3 Biotests

Neutralrot-Test p53-induktion Zellkultur Mikrokerne Ames II 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

26 Teststrategie und Methoden in Gentoxizitätsprüfung Bakterieller Test Ames I Control Genotoxic In-vitro-Kurzzeittest Zytotoxizität Plating efficiency Apoptose Neutralrot-Test p53-induktion Zellkultur Mikrokerne Ames II FACS Fortbildung im Umweltsektor - Spurenstoffe in Grundwässern 26

27 PFT Summarische Bewertung 1 Minimaldatensatz Zytotoxizität/Gentoxizität 2 3 Mode of Action (MOA) - Zytotoxizität - Einfluss auf Zellproliferation Kein Hinweis auf gentoxischen Wirkmechanismus als Ursache für tumorigene Wirkung in der Leber Trinkwasserkommission: Leitwert LW = 0,3 µg/l (für Σ PFOA + PFOS) In allen Bevölkerungsgruppen lebenslang gesundheitlich duldbar! 27

28 Einbeziehung von Präkursorereignissen Membranpotenzial ROS Bezug zum adversen Effekt Zellkontakt Energiestoffwechsel 28

29 Wirkmechanismus - Neurotoxizität Sachstand Neurotoxizität: Keine verbindliche Teststrategie Vorarbeit im DIN-Projekt, u.a. Fachgespräch Auswahl von biologischen Endpunkten und Zelllinien 29

Eingesetzte Methoden Methoden Zelllinie(n)

30 Eingesetzte Methoden Methoden Zelllinie(n) 1) Apoptosenachweis mittels ELISA U-937 2) Messung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) Jurkat 3) Vitalitätsmessung durch Propidiumiodid (PI) Jurkat 4) Impedanzveränderung durch RTCA-Analyse SH-SY5Y, HepG2 1) 2) 3) 4) 30

31 Morphologie Mikroskopische Charakterisierung der Zellen Neuriten SH-SY5Y Zellen mit Retinolsäure und Brain Derived Factor behandelt 31

32 Wirkmechanismus - Endokrine Wirkungen Wissenschaftliche Unsicherheiten ergeben sich aus den komplexen Wirkmechanismen. Das Reagieren ist biologisch determiniert und ist nicht zwingend nachteilig für den Organismus. Rezeptorbindung allein sagt nichts über adversen Effekt. 32

33 Calux-Test Light Add substrate (luciferine) Ligand Proteins Enzymes Luciferase Transport protein Chemical receptor Ligand binding Hsp Chemical Responsive Element (CRE) Transcription Nucleus Cytosol Quelle: Biodetectors for REACH, Präsentation von BioDetection Systems, Amsterdam,

34 Lösungsweg 1 Lösungsweg/komplexe Gemische Expositionsabschätzung Wasserkreislauf Gefährdungsabschätzung Chemische Analyse Black box Biotests Schlüsselmechanismen prognostisch relevante Biologie für den Menschen Toxikologische Sicherheit 34

35 Wirkmechanismus - Gentoxizität Messgerät Biotestverfahren NDMA Gentoxizität - Ames-Test ISO-Norm - Mikrokerne ISO-Norm negativ negativ 35

36 Etablierung der Zelllinien HepG2-Zellen Primäre Leberzellen Mensch HepaRG TM - Zellen 36

37 - Wasserproben Wien: Summarische Bewertung Labor-Code Proben- Zytotoxizität Gentoxizität eingang Nekrose PI ROS-Bildung RTCA-Zellproliferation Ames-Test Mikrokern- HepG2 test JURKAT JURKAT Rohwasser Konzentrate Rohwasser/Konzentr. HepG2 A / B / C / D / E / F / G / Anmerkungen: : negativ (kein Effekt) Nekrose PI: Nekrosenachweis: % PI positive (nekrotische) Zellen: : < 10 %: keine Wirkung; > 10 %: Wirkung ROS (DHE): erhöhte ROS-Konzentration: % rotfluoreszierende Zellen: > 5 %: ROS-Erhöhung RTCA: Wirkung bei Quotient < 0,7; bei 0,7 keine Wirkung ( ) 37

38 Was nun? ereignisbezogen - schnell unmittelbare Gefährdung der menschlichen Gesundheit nicht gegeben Einzelsubstanztestung notwendig zur Identifizierung des Wirkmechanismus regulatorisch (vorerst) dauerhaft Bewertung bei Überschreitung des Grenzwertes Minimierungsgebot z.b. Handlungsempfehlungen auch ohne rechtsverbindlich gesetzte Standards 38

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40 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. 40

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