Verbindung von Aufnahme, subzellulärer Partitionierung/Toxikokinetik und Toxikodynamik für die Modellierung von Cu2+ Toxizität bei der Zebramuschel unter Berücksichtigung der Wasserchemie

• Antragstellerin: Dr. Thi Thu Yen Le, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Physiologie der Tiere ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 322918513

Die Toxizität von Metallen für Organismen beruht auf einer Vielzahl von Faktoren. So können abiotische Liganden in der Umwelt die Menge der für die Aufnahme verfügbaren Metalle beeinflussen. Gelöster organischer Kohlenstoff kann durch Komplexbildung die für Organismen verfügbaren Metallkonzentrationen verringern, während häufige Ionen wie Na+ und Ca2+ mit toxischen Ionen um die Bindungsstellen an biologischen Oberflächen konkurrieren, was wiederum die Aufnahme von Metallen beeinflusst. Bioakkumulation ist eine Voraussetzung, aber nicht immer ein verlässlicher Prädiktor für Metalltoxizität. Auch die subzelluläre Verteilung ist hierfür ein weiterer bestimmender Faktor. Letztlich lässt sich die Toxizität nicht unbedingt über die Gesamtkonzentration des Metalls im Organismus bestimmen, sondern hängt vielmehr von dessen Fähigkeit zur Elimination und Detoxifikation ab. Entsprechend der Bedeutung dieser Faktoren für die Metalltoxizität wurden sie separat in verschiedenen Ansätzen untersucht. Zum Beispiel wurden die Effekte der Umweltchemie auf die Metallspeziierung sowie die Akkumulation von Metallen auf biologischen Oberflächen im Biotic Ligand Model berücksichtigt. Dabei wurde in biodynamischen Modellen die Akkumulation der Metalle in Organismen als Gleichgewicht der Aufnahme und Abgabe vorhergesagt und schließlich über den Critical Body Residue mit toxischen Effekten in Verbindung gebracht. Des Weiteren wurde die Bedeutung der subzellulären Partitionierung von Metallen für die Toxizität durch die Untersuchung von Metallothionein-artigen Proteinen als Biomarker für Metallexposition und seit kurzem über die Untersuchung der Detoxifikationsrate berücksichtigt. Jedoch wurden diese Faktoren in bisherigen Studien nie gleichzeitig untersucht. Die Zebramuschel Dreissena polymorpha wurde in großem Umfang in Biomonitoringprogrammen verwendet, vor allem wegen ihrer weiten Verbreitung und ihrer hohen Effizienz bei der Partikelfiltration. Das Verständnis der Metallakkumulation und der subzellulären Partitionierung bei dieser Art wird die Interpretationsmöglichkeiten von Biomonitoringdaten verbessern. Zudem wird die Beschreibung der subzellulären Partitionierung von Metallen in Muscheln eine genauere Abschätzung der möglichen Biomagnifikation erlauben. Das vorgeschlagene Projekt zielt darauf ab, ein Modell für die Vorhersage der Cu2+ Toxizität bei der Zebramuschel zu entwickeln, welches die chemischen Interaktionen in der Umgebung, die Bioakkumulation sowie die Fähigkeit der Muschel zur Detoxifikation und Ausscheidung berücksichtigt. Das vorgeschlagene Modell beinhaltet die Kombination von Aufnahmekinetik und subzellulärer Partitionierungsdynamik und berücksichtigt gleichzeitig die relevanten Umwelt-parameter. Die Toxizität wird auf die metallsensitive Fraktion bezogen, welche über Aufnahme, Elimination und Detoxifikation simuliert wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen