Identifizierung kontrastierender Wirkungen von Wasserinhaltsstoffen mit besonderer Berücksichtigung von algenbürtigen organischen Bromverbindungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In Berliner Oberflächengewässern wurden im Spätsommer erhöhte Konzentrationen an natürlichen organischen Bromverbindungen über den Gruppenparameter AOBr (adsorbierbare organische Bromverbindungen) nachgewiesen, die von Cyanobakterien produziert werden und deren Wirkung in umwelt-relevanten Konzentrationen auf Organismen unbekannt ist. Dazu wurden phänotypische, neurotoxikologische und biomolekulare Erhebungen mit Caenorhabditis elegans durchgeführt, wobei Testsubstanzen, ein Kulturfiltrat einer Microcystis aeruginosa-Kultur sowie mit AOBr-Gewässerproben zum Einsatz kamen. Die AOBr-Modellsubstanzen Dibromessigsäure (DBAA) und Tetrabrombisphenol-A (TBBP) beeinflussten die Lebensdauer, Reproduktion, Pharynx-Pumpfrequenz und das Wachstum des Nematoden C. elegans auf unterschiedliche Weise, wobei DBAA, mit Ausnahme eines verzögerten Reproduktionsstarts, überwiegend stimulierende Eigenschaften aufwies. Auch in neurotoxikologischen Untersuchungen zeigte sich DBAA eher als Neurostimulans und TBBP als neurotoxische Substanz. Beide Substanzen regulierten jedoch neurologische Systemprozesse auf ähnliche Weise. NDMA wirkte überraschenderweise nicht toxisch auf C. elegans und für MC-LR wurden höhere Konzentrationen, als in der Literatur beschrieben, benötigt, um eine toxische Reaktion hervorzurufen. Die neurotoxische Kapazität von MC-LR erwies sich als wahrscheinlichster Grund für seine Toxizität in Organismen, die keine Leber besitzen. Die differentielle Expression von verschiedenen let-7 miRNA-Familienmitgliedern aufgrund der MC-LR Exposition könnte Teil einer generellen Stressantwort sein, was in Zukunft weiter untersucht werden sollte. Die toxische Wirkung von MC-LR konnte jedoch nur hinsichtlich seiner wachstumshemmenden Eigenschaften durch DBAA abgemildert werden. Die eingesetzten Gewässerproben zeigten auch in doppelter Konzentration nur sporadische Auswirkungen auf die thermische Stressresistenz, die Beweglichkeit, die Pharynx-Pumpfrequenz und die Thermotaxis. Nur wenige Gene wurden durch die Gewässerproben differentiell reguliert, wobei hier auch insbesondere neurologisch relevante Gene überwogen. Überraschenderweise zeigte das Microcystis-Kulturfiltrat mit einer finalen Gesamt-Microcystin-Konzentration von ca. 300 µg/L eine Stimulation in diversen Biotests und neurologischen Untersuchungen. Das Fehlen der auf Microcystin-basierenden Toxizität liegt an anderen Inhaltsstoffen dieses Filtrates. Organische Bromverbindungen sind aufgrund der hier erhaltenen Ergebnisse gute Kandidaten für diese abmildernde Wirkung. Die molekularbiologische Untersuchung von MC-BA exponierten Tieren ergab zudem ein auffälliges Genexpressionsmuster, welches charakteristisch für eine chronische Substanzexposition sein könnte: Die Repression vieler abu-Gene und die Induktion diverser cyp-Gene.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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UV-induced DNA damage in Cyclops abyssorum tatricus populations from clear and turbid alpine lakes. J. Plankton Res. 2013
Tartarotti, B.; Saul, N.; Chakrabarti, S.; Trattner, F.; Steinberg, C. E. W.; Sommaruga, R.
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Neurotoxic evaluation of two organobromine model compounds and natural AOBr-containing surface water samples by a Caenorhabditis elegans test. Ecotoxicol Environ Safe, 104, June 2014, Pages 194-201
Ju J, Lieke T, Saul N, Pu Y, Yin L, Kochan C, Putschew A, Baberschke N, Steinberg CEW
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Two organobromines trigger lifespan, growth, reproductive, and neurological changes in Caenorhabditis elegans. Environ Sci Pollut Res Int (2014) 21: 10419
Saul N, Baberschke N, Chakrabarti S, Stürzenbaum SR, Lieke T, Menzel R, Jonáš A, Steinberg CEW
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Adsorbable organic bromine compounds (AOBr) in aquatic samples: a nematode based toxicogenomic assessment of the exposure hazard. Environmental Science and Pollution Research 2015, Volume 22, Issue 19, pp 14862–14873
Saul N, Stürzenbaum SR, Chakrabarti S, Baberschke N, Lieke T, Putschew A, Kochan C, Menzel R, Steinberg CEW
