Gentoxizität

Gentoxizität ist die reversible oder irreversible Schädigung des Erbgutes (DNA) durch chemische Substanzen oder physikalische Einflüsse. Irreversible Veränderungen an der DNA können mutagen (dauerhaft vererbbar), kanzerogen (krebsauslösend) oder teratogen (fruchtschädigend) sein. Am LfU sind verschiedene Methoden zur Untersuchung von gentoxischen Wirkungen durch Umweltchemikalien etabliert: Mit dem umu-Test können primäre DNA-Schäden bestimmt werden, die reversibel oder irreversibel sein können. Der Ames-Fluktuationstest erfasst irreversible und damit vererbbare DNA-Schäden. Der SCE-Test weist Chromosomen-Veränderungen nach.

umu-Test: Nachweis primärer DNA-Schäden bei Bakterien

Die Durchführung des umu-Tests erfolgt in Mikrotiterplatten. Mit einem gentechnisch veränderten Bakterienstamm können innerhalb weniger Stunden gentoxische Wirkungen durch Umweltchemikalien nachgewiesen werden. Bild vergrößern Die Durchführung des umu-Tests erfolgt in Mikrotiterplatten. Mit einem gentechnisch veränderten Bakterienstamm können innerhalb weniger Stunden gentoxische Wirkungen durch Umweltchemikalien nachgewiesen werden.

Bei der Untersuchung von Wasser und Abwasser hat sich der umu-Test nach DIN 38415-3 bewährt. Hierbei können mit Hilfe eines gentechnisch veränderten Bakterienstammes gentoxische Wirkungen innerhalb weniger Stunden festgestellt werden. Der Testorganismus, das Bakterium Salmonella typhimurium, wurde dabei so modifiziert, dass (a) Chemikalien besser in die Zelle eindringen können, (b) DNA-Schäden erkannt, aber nicht mehr repariert werden können und (c) bei DNA-Schädigung ein bestimmtes Enzym produziert wird, das eine verfahrenstechnische Bestimmung mittels Farbumschlag erlaubt. Da Bakterien von sich aus keine stoffwechselaktiven Leberenzyme besitzen, wird in einem parallelen Testansatz ein Enzymgemisch von Säugetieren zugesetzt. Auf diese Weise können neben der ursprünglichen Substanz auch metabolisch entstandene Gentoxine erfasst werden.

Ames-Fluktuationstest: Nachweis vererbbarer DNA-Schäden bei Bakterien

Durchführung des Ames-Fluktuationstests Bild vergrößern Durchführung des Ames-Fluktuationstests in Mikrotiterplatten: Der Farbumschlag von violett nach gelb zeigt ein Wachstum der Bakterien und somit Rückmutationen an.

Das Prinzip der Bestimmung der gentoxischen Wirkung beruht beim Ames-Test auf der Induktion von Rückmutationen bei Bakterien-Mutanten durch im Testgut vorhandene Substanzen. Bei den Testbakterien handelt es sich um Salmonella typhimurium-Stämme, die nicht in der Lage sind, in histidinfreien Nährmedien zu wachsen. Unter Einwirkung gentoxischer Substanzen kann es zu Mutationen kommen, die die Bakterien wieder dazu befähigen, die Aminosäure Histidin herzustellen. Diese können sich dann wieder in histidinfreiem Medium vermehren. Im Gegensatz zum konventionellen Ames-Test wird der Ames-Fluktuationstest in Flüssigmedien in Mikrotiterplatten durchgeführt. Dies führt zu einer wesentlichen Material- und Zeitersparnis. Darüber hinaus können die Ergebnisse statistisch besser ausgewertet werden. Das Verfahren befindet sich derzeit in der Normung (ISO 11350).

SCE-Test: Chromosomen-Veränderungen bei Fischen

Die Durchführung von gentoxikologischen Untersuchungen an lebenden Fischen bieten ein hohes Maß an Wirklichkeitsnähe und Sensitivität bei der ökotoxikologischen Prüfung von Einzelstoffen, Stoffgemischen und Abwasserproben. Studien auf chromosomaler Ebene dienen der Ermittlung mutagener bzw. gentoxischer Wirkungen von Umweltchemikalien.

Die häufigste Fischart, die für zytogenetische Studie verwendet wird, stellt der Amerikanische Hundsfisch (Umbra pygmaea) dar. Dieser verfügt über einen Karyotyp Karyotyp der durch eine geringe Anzahl relativ großer Chromosomen (2n=22) charakterisiert ist, wodurch chromosomale Veränderungen gut sichtbar gemacht werden können.

Als Testmethode dient in erster Linie der SCE-Test. Als Indikatortests liefert er Hinweise auf Effekte an der DNA, die Mutationen vorausgehen oder sie begleiten können.

Schwesterchromatid-Austausch nach Einwirkung von Malachitgrün Bild vergrößern Schwesterchromatid-Austausch nach Einwirkung von Malachitgrün

Die Verwendung von Fischeiern bzw. Fischembryonen als Testsysteme stellt eine Alternative zum herkömmliche Tierversuch mit ausgewachsenen Individuen dar. Große Bedeutung hat dabei ebenfalls die Auswahl einer bezüglich ihres Karyotypes geeigneten Fischspezies. Eine Verwendung von Dauerlaichern als Elterntiere bietet zudem die Möglichkeit, den Bedarf an Untersuchungsmaterial saisonal unabhängig zu decken. Durch eine in der Regel hohe Eizahl eines Fischgeleges und die dadurch zur Verfügung stehenden gleichaltrigen Geschwistereier wird eine optimale Vergleichbarkeit von parallelen Untersuchungsergebnissen gewährleistet. Insbesondere die Eier des Zebrabuntbarsches (Cichlasoma nigrofasciatum) sind geeignet, gentoxikologische Untersuchungen durchzuführen.

Zebrabuntbarsch (Cichlasoma nigrofasciatum) Bild vergrößern Zebrabuntbarsch (Cichlasoma nigrofasciatum)