Ökotoxikologische Untersuchungen mit aquatischen Biotests. Möglichkeiten und Grenzen -

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1 Schweizerisches Zentrum für angewandte Ökotoxikologie Eawag-EPFL Ökotoxikologische Untersuchungen mit aquatischen iotests Möglichkeiten und Grenzen - Inge Werner Schweizerisches Zentrum für Angewandte Ökotoxikologie Eawag/EPFL

2 Methoden der Ökotoxikologie Analytische Messung von Umweltchemikalien iologische Testverfahren In Vitro Modellierung In Vivo Predicted/Measured Environmental Concentration (PEC/MEC) Predicted No Effect Concentration (PNEC) + Environmental Quality Standards (EQS) Risikobewertung z.. PEC PNEC Labor In Situ Freilandmonitoring Seite 2 I Oekotoxzentrum Eawag-EPFL

3 Klassifizierung Testsystem eispiele In Vitro iologische Testverfahren: Wasser Enzymaktivität, Zellkulturen, aber auch: akterien, Hefen, Algen Fischembryonen Leuchtbakterien (Mikrotox) Test Comet Assay Acetylcholinesterase-Hemmung CALUX Assay Yeast Estrogen Screen (YES) Fischeitest (Zebrabärbling)

4 iologischetestverfahren In Vivo Labor In Situ Freilandmonitoring Kontrolliertes Testen von Einzelarten oder Artengemeinschaften im Labor. Testen von Einzelarten im Freiland Pathologie Freilandproben Organismen iomarker Artengemeinschaften Seite 4 I Oekotoxzentrum Eawag-EPFL

5 In Vitro Tests & iomarker Vom Labor zum Ökosystem.. Ökologische Relevanz Kosten In Vivo & Freiland Sensitivität Testdauer Spezifität Reproduzierbarkeit Tierschutz & Ethik

6 Regulatorische Labor-iotests benutzen Arten verschiedener trophischer Ebenen und Endpunkte, die leicht interpretierbar sind: Wachstum Fekundität - Mortalität Grünalge Wasserfloh Fisch

7 Acute Toxicity to Hyalella azteca: January 1, December 31, 2007 Werner et al. ETC29(10), 2010 No effect Sign. Mortality PO Incr. Toxicity PO Red. Toxicity

8 In situ Tests zur Umweltüberwachung Daphnientoximeter Testorganismus: Daphnia magna Prinzip: Messung der ewegung und des Wachstums von Tieren Seite 8 I Oekotoxzentrum Eawag

9 Toxicity Of Irrigation Runoff: Tomato Field Treated with Permethrin Concentrations and Toxic Units (TU) for Hyalella azteca exposed in situ. Conc. µg/l Pred. TU* Meas. TU** <48.0 Werner et al Environ Toxicol Chem 29(12) * Analytik ** Mortalität

10 Freiland-Monitoring, iomarker: Columbia River Steelhead Trout 4 Gill 2 ** *** Log 2 change in gene transcription Good Fair Poor ad Anterior head-kidney nramp MX CXC HSP70 HSP90 -Actin MT ** * *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** ** * * Connon et al. Environ Sci Technol (in review). Molecular biomarkers in environmental diagnostics: health assessments in Columbia River steelhead (Oncorhynchus mykiss) 0-2 Good Fair Poor ad Visual classification rank Seite 10 I Oekotoxzentrum Eawag-EPFL

11 Principal Component Analysis Observations (axes F1 and F2: %) 2 F2 (18.28 %) P G G GOOD G G F P FP GF F P P P P FAIR P F F P P G G F F P P POOR P AD F1 (23.67 %)

12 Adverse Effect Pathways : Von der Rezeptoraktivierung zur Population Genregulation Enzymaktivität Gewebe Ökosystem Organismus Chemikalie Molekulare und biochemische Reaktionen Organe Organfunktion Histopathologie Wachstum Verhalten Reproduktionserfolg Population Populationsstruktur Artenvielfalt

13 Adverse Effect Pathways : Freiland-Monitoring Wirkmechanismus: z.. Östrogenrezeptoraktivierung eispiel: Östrogenität Erhöhte Vitellogenin Produktion Feminisierung und Intersex in Verzögerung der Eiproduktion bei Kollaps der Fischpopulation (5-6 ng/l EE2, 2 Jahre) EE2 Equivalenzwerte Kidd et al., Proc Nat Acad Sci, (21):

14 Zusammenfassung iotestmethoden ermöglichen die integrative Messung der Toxizität von Umweltproben mit meist komplexen Chemikaliengemischen. Mit Hilfe von in situ-versuchen und Freiland-Monitoring können auch die Effekte von multiplen Stressoren gemessen werden. Die Wahl geeigneter iotests ist abhängig von: der spezifischen Fragestellung (Auswirkung auf Populationen oder Findung von Schadstoffquellen?) Art und Ökologie des Gewässers Art der Schadstoffquelle Die Interpretierbarkeit der Testergebnisse für die Umwelt erfordert: Mechanistisches Prozessverständnis (z.. Adverse Effect Pathways) im Einzelorganismus, der Population und deren ökologische Vernetzung.

15 Was hat das Alles mit dem Emmentaler Käse zu tun? Es sind viele Löcher vorhanden: Standardisierte iotests und sind i.d.r. auf Modellarten beschränkt. Gemessene Endpunkte decken nicht alle mögliche Wirkungen ab. Subletale und indirekte Effekte werden häufig nicht erfasst. Seite 15 I Oekotoxzentrum Eawag-EPFL

16 Kontakte und weitere Informationen zu iotests Referenz: Vergleich von Tests für hormon- und reproduktionstoxische Effekte: Kase et al., Umweltwiss Schadst Forsch. Juli 2009.

17 Danke Schön!!! Dr. Cornelia Kienle, Ökotoxzentrum, für Folien zu Testmethoden. Dr. Richard Connon, UC Davis, für Graphiken zu molekularen iomarkern. Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Seite 17 I Oekotoxzentrum Eawag-EPFL