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Forschung
Aktuelle Forschungsgebiete sind:
Calcium-Regulation in Fischzellen
Optimierung des Fischembryotests
Auswirkungen endokriner Disruptoren auf das Hormonsystem von aquatischen Wirbeltieren
Hormonaktive Stoffe sind Stoffe, die die Funktionen des Hormonsystems verändern und negative Auswirkungen auf die Gesundheit und Vermehrung intakter Organismen, ihrer Nachkommen oder ihrer Unterpopulationen haben. Wasserorganismen sind besonders anfällig, da ihre natürlichen Lebensräume die wichtigste Senke für Schadstoffe sind. In unserer Gruppe werden vor allem Fische untersucht. Ziel der Tests ist es, das endokrine Potential der Testsubstanz über verschiedene Endpunkte zu identifizieren. Dabei sind histopathologische und ultrastrukturelle Veränderungen im entsprechenden Gewebe oder Veränderungen der Hormonkonzentrationen oder des Vitellogenins im Blut von besonderer Bedeutung.
Mikroplastik in der aquatischen Umwelt
Mikroplastik ist in den letzten Jahren stark in den Fokus der aquatischen Ökotoxikologie gerückt. Die zentralen Fragen die es zu beantworten gilt sind a) schadet das Mikroplastik per se (mechanisch, physiologisch) den Organismen, die es als vermeintliche Beute aufnehmen und b) werden Schadstoffe, welche sich erwiesenermaßen an Mikroplastik vermehrt anheften, durch die Aufnahme der Partikel leichter in Organismen aufgenommen und auch dort abgegeben?
Neurotoxische Effekte auf Embryonen des Zebrabärblings
Die Belastung von Gewässern durch anthropogene Schadstoffe stellt ein wachsendes Problem dar, insbesondere bei deren Nutzung zur Trinkwassergewinnung. Unter anderem finden sich dort Pestizide und Schwermetalle, die dafür bekannt sind, neurologische Störungen bei sich entwickelnden und adulten Fischen zu bewirken.
Um ein gefährdungsbasieres Risikomanagement zu ermöglichen, umfasst dieses Projekt die Etablierung verschiedener Methoden zur Einschätzung des neurotoxischen Potentials, wie enzymatische Hemmung der Acetylcholinesterase, sowie Effekte auf die Entwicklung des Zebrafisch-Embryos mit besonderem Fokus auf die Entwicklung von Auge und Seitenliniensystem.
Die Beibehaltung des Calcium-Gleichgewichts ist für viele Funktionen der Zelle unerlässlich. Durch die Belastung mit verschiedenen Schadstoffen kann dieses Gleichgewicht gestört werden, was im Allgemeinen mit Stress oder einer Schädigung der Zelle einher geht. Dabei hat sich gezeigt, dass schadstoffbedingte Veränderungen der Calcium-Oszillationen früher und bei geringeren Belastungen eintreten, als durch klassische Cytotoxizitätstests Schäden nachweisbar sind.
Trotz einer sehr guten Korrelation zwischen der Toxizität von Chemikalien im Embryo und im adulten Fisch konnten einige wenige Substanzen identifiziert werden, die im Fischembryo weniger toxisch wirken als im gerade geschlüpften Eleutheroembryo oder im adulten Fisch. Die Vermutung liegt nahe, dass die Fischeihülle, das Chorion, bestimmte Substanzen von einem Durchtritt zum Embryo abhält.
Detaillierte Untersuchungen sind vor allem in Hinblick auf die Interaktion zwischen Bestandteilen des Chorions und Chemikalien erforderlich und inwieweit die Porenkanäle, welche über die gesamte Chorionoberfläche verteilt liegen, die Aufnahme von Substanzen behindern. Schwerpunkte sind die Darstellung der Permeabilität des Chorions, die Auswirkungen unterschiedlicher Substituenten sowie die Entwicklung einer Methode zur quantitativen Kompartimenten-Analyse des Fischeis.
Die aktuelle OECD Guideline 236 zum Fischembryo-Test kann hier heruntergeladen werden.
Die Belastung von Organismen mit dioxinähnlich wirksamen Schadstoffen wie u.A. polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen bewirkt komplexe biochemische Reaktionen auf zellulärer Ebene, z.B. die Produktion von Entgiftungsenzymen der Cytochrom-P450-Klasse. Insbesondere das CYP1A-Enzym ist als Biomarker für die Exposition gegenüber verschiedenen organischen Schadstoffen etabliert.
Eine mögliche Herangehensweise zum Nachweis dieses Wirkungsmechanismus stellt dabei der in-vivo EROD-Assay mit Zebrabärblingsembryonen dar. Dazu werden sich entwickelnde Embryonen mit den zu testenden Substanzen belastet und mit dem synthetischen Enzymsubstrat 7-Ethoxyresorufin inkubiert, woraufhin sich in Geweben mit induzierbarer EROD-Aktivität (v.a. in der Leber) gebildetes Resorufin nachweisen lässt.
Die Verwendung bestimmter Zelllinien wie z.B. RTL-W1 stellt eine weitere effektive Methode zum Nachweis dioxinähnlicher Wirkungen in Umweltproben sowie von Einzelsubstanzen dar, insbesondere in Hinsicht auf Probendurchsatz und Aufwand.
Im Gegensatz zu konventionellen Konzepten wird dabei parallel zur EROD-Aktivität die Vitalität der Zellen bestimmt.
Die geringere Komplexität von Zellkultur-Modellen ermöglicht darüber hinaus die Untersuchung der zugrunde liegendenden molekularen Mechanismen und Wechselwirkungen mit anderen Toxizitätsmechanismen, wie z.B. der konzentrationsabhängigen Inhibition.
