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Toxische Wirkung von Schadstoffen im Modellsystem Fischembryo

Projekt

Binokular mit 24-Well Platte - Fischeitest (c) Fabian Weichert
Binokular mit 24-Well Platte - Fischeitest (© Fabian Weichert)

Der Zebrabärbling (englisch: zebrafish, lateinisch: Danio rerio) ist ein Lieblingstier der Entwicklungsbiologen und Toxikologen. Die Embryonalentwicklung der Fische ist in wenigen Tagen abgeschlossen und der Forscher kann durch die transparente Eihülle quasi dabei zusehen.

Hintergrund und Zielsetzung

Der Fischeitest mit den Eiern des Zebrabärblings zeigt akut toxische Wirkungen von Schadstoffen durch morphologische Veränderungen am Embryo an. Nach 48 Stunden Embryonalentwicklung ist der Test abgeschlossen. Mit den selben Embryonen kann man Genexpresionsstudien machen und so die Wirkung von Schadstoffen auf den Organismus gezielt untersuchen.

Vorgehensweise

Für einen Testansatz werden 60 frisch befruchtete Eier des Zebrabärblings, die auf normale Entwicklung überprüft wurden, in Gruppen zu fünf Eiern in 1mL Testlösung auf eine 24-Wellplatte pipettiert. Die Testlösung enthält die zu testende Substanz bekannter Konzentration gelöst in DMSO, eine Positiv- oder eine Negativkontrolle. Nach 48 Stunden werden die Embryonen unter dem Binokular auf Fehlentwicklungen untersucht und die Ergebnisse dokumentiert.

Zu einem kompletten Test gehören mindestens fünf solcher Testansätze für die untersuchte Substanz in verschiedenen Konzentrationen sowie je eine Positiv- und eine Negativkontrolle. Der Test wird zweimal wiederholt.

Daten und Methoden

Als Ergebnisse aus den Doppelbestimmungen werden Dosis-Wirkungs-Kurven erstellt und die gewünschten Effektkonzentrationen - z.B. EC10 oder EC50 - berechnet. Erfasst werden verschiedene Endpunkte im Embryo (letale und nichtletale Missbildungen), die im Einzelfall Rückschlüsse auf den Wirkmechanismus der untersuchten Substanz zulassen.

Unsere Forschungsfragen

  • Wie hoch ist die akute Toxizität einer Umweltchemikalie für einen Wirbelorganismus?
  • Ist die Substanz teratogen?
  • Ist die Substanz neurotoxisch

Vorläufige Ergebnisse

Es liegen zahlreiche Ergebnisse aus dem Fischembryotest zu einzelnen Substanzen und Umweltextrakten in Publikationen vor. Ein Beispiel:

In Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen und der Universität Bremen fanden Wissenschaftler des Thünen-Instituts heraus, dass bestimmte Metabolite der weltweit verbreiteten und toxischen Chemikalie 353-Nonylphenol akut toxische Wirkungen auf Fischembryonen haben. Diese Metabolite entstehen in der Umwelt beispielsweise in Klärschlamm. Das Vorkommen und die ökotoxikologische Wirkung dieser Substanzen ist bisher kaum untersucht worden. Die akute Toxizität der Metabolite ist etwa 10-fach geringer als die der Ausgangssubstanz, aber immer noch im Test mit Zebrabärblings-Embryonen nachweisbar. Das bedeutet, dass ein wesentlicher Teil der Toxizität auch nach dem Abbau der Ausgangssubstanz in der Umwelt noch erhalten bleibt, wenn die Chemikalie längst nicht mehr nachweisbar ist. Aus diesem Grund sollten Metabolite von Umweltschadstoffen in die ökotoxikologische Teststrategie und in die Umweltüberwachung einbezogen werden.

Thünen-Ansprechpartner


Beteiligte Thünen-Partner


Zeitraum

Daueraufgabe 1.2001 - 12.2020

Weitere Projektdaten

Projekttyp:
Projektstatus: läuft


Publikationen

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  1. Weichert FG, Floeter C, Meza Artmann AS, Kammann U (2017) Assessing the ecotoxicity of potentially neurotoxic substances - Evaluation of a behavioural parameter in the embryogenesis of Danio rerio. Chemosphere 186:43-50, DOI:10.1016/j.chemosphere.2017.07.136
  2. Keddig N, Schubert S, Wosniok W (2015) Optimal test design for binary response data: the example of the fish embryo toxicity test. Environ Sci Europe 27(15), DOI:10.1186/s12302-015-0046-5
    PDF Dokument (nicht barrierefrei) 1263 KB
  3. Schubert S, Keddig N, Hanel R, Kammann U (2014) Microinjection into zebrafish embryos (Danio rerio) - a useful tool in aquatic toxicity testing? Environ Sci Europe 26, DOI:10.1186/s12302-014-0032-3
    PDF Dokument (nicht barrierefrei) 522 KB
  4. Kammann U, Vobach M, Wosniok W, Schäffer A, Telscher M (2009) Acute toxicity of 353-nonylphenol and its metabolites for zebrafish embryos. Environ Sci Pollut Res 16(2):227-231, DOI:10.1007/s11356-008-0097-x
  5. Mittag N, Förster S, Hoppe S, Simat TJ, Sehr A, Renz S, Vobach M, Kammann U (2006) Bioassay guided analysis of migrants from can coatings. J Verbraucherschutz Lebensmittelsicherheit 1(4):345-353, doi:10.1007/s00003-006-0057-7

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