Ökotoxikologische Standardtests

In der Ökotoxikologie spielen Toxizitätstests mit Wasserorganismen eine bedeutende Rolle. Sie werden mit Organismen durchgeführt, die sich leicht im Labor züchten lassen. Diese werden den zu untersuchenden Stoffen im Labor ausgesetzt, um zu sehen, ob hierdurch zum Beispiel das Wachstum gehemmt oder die Beweglichkeit eingeschränkt wird. Da unterschiedliche Lebewesen nicht gleich empfindlich auf Chemikalien reagieren, ist es üblich, verschiedene Organismen in standardisierten Tests zu verwenden. Es gibt eine Vielzahl von standardisierten bzw. genormten Testverfahren, die sowohl in der Umweltbewertung, speziell im Bereich Wasser, Sedimente, Böden und Altlasten, bei der Überwachung von Industrieabwässern als auch bei der Gefährdungsabschätzung von Chemikalien in der Umwelt eingesetzt werden. Von akuten Schadwirkungen spricht man dann, wenn diese sich massiv (zum Beispiel durch Wachstumshemmung oder Tod) innerhalb kurzer Zeit und unmittelbar manifestieren. In den Labors des LfU werden Toxizitätstests mit Fischen, Daphnien, Algen und Leuchtbakterien durchgeführt und Daten generiert, die eine Schadwirkung beschreiben und weiterführend eine Ableitung von Umweltqualitätszielen ermöglichen.

Fischeitest - Giftigkeit gegenüber Fischen

Fische stellen wichtige Vertreter der Unterwasserwelt dar und sind von hohem wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Interesse. Die Bestimmung der Fischgiftigkeit von Wasser, Abwasser und Chemikalien erfolgt am LfU mit einem tierschutzfreundlichen Test. Durch dieses speziell für den Abwasserbereich entwickelte, alternative Verfahren werden Tierversuche überflüssig, da anstelle von erwachsenen Fischen lediglich deren Eier für die Untersuchung herangezogen werden.

Ein befruchtetes Ei des Zebrabärblings (Danio rerio) durch das Mikroskop betrachtet, zu erkennen ist die kreisrunde Eihülle, im Inneren des Eies setzt auf dem Dottersack aufliegend die Zellteilung ein

Hierzu werden im Labor Zebrabärblinge (Danio rerio) in Aquarien zur Eiablage gebracht. Nur die befruchteten Eier werden entnommen und in die zu untersuchende Probe transferiert. Nach 48 Stunden wird unter dem Mikroskop festgestellt, ob die Eier durch Gifteinwirkung zerstört wurden, oder ob sich daraus ein Embryo entwickeln konnte. Die Bestimmung der Fischgiftigkeit erfolgt nach der Analysenmethode DIN EN ISO 15088.

Daphnientest - Giftigkeit gegenüber Kleinkrebsen (Daphnien)

Kleinkrebse sind Fischnährtiere, die funktionell als Konsumenten niederer Ordnung eine wichtige Rolle im Stoffhaushalt von Gewässern spielen. Als Testorganismus dient Daphnia magna (großer Wasserfloh). In einer laboreigenen Zucht vermehren sich die weiblichen Tiere eines Klons durch Parthenogenese (Jungfernzeugung).

Zuchtgefäße mit Kleinkrebsen (Daphnia magna) im Labor des LfU, die Grünfärbung wird durch Futteralgen hervorgerufen

Die Dosis-Wirkungs-Kurve zeigt am Beispiel des Daphnientests, dass die Hemmwirkung einer Umweltchemikalie von deren Konzentration abhängig ist

Für den Test nach DIN 38412 werden 24 Stunden alte Jungtiere von den Muttertieren getrennt und in die zu untersuchende Wasserprobe bzw. Chemikalienlösung eingesetzt. Als Maß für die toxische Wirkung gilt der Verlust der Mobilität (Schwimmfähigkeit), die nach Ablauf der Testzeit durch Beobachtung ermittelt wird. Ziel ist es, die Abhängigkeit der Hemmwirkung von der Konzentration zu quantifizieren. Dies kann zum Beispiel in Form einer sogenannten Dosis-Wirkungs-Kurve dargestellt werden, aus der die EC50 (mittlere effektive Wirkkonzentration) ermittelt wird.

Algentest - Giftigkeit gegenüber Algen

Algenwachstumshemmtest in Mikrotiterplatten

Einzellige Grünalgen sind mikroskopisch kleine Pflanzen, mit denen die Hemmung des Wachstums durch Stoffe und Stoffgemische nach DIN EN ISO 8692 oder von Abwasser nach DIN 38412-33 untersucht wird. Hierbei werden die Testorganismen in einer Nährlösung, die unterschiedliche Konzentrationen der Probe enthält, belichtet.

Das im Idealfall exponentielle Wachstum wird durch Messung der Algenbiomasse über einen Zeitraum von 3 Tagen ermittelt. Durch den Vergleich mit einer unbeeinflussten Kontrolle kann eine eventuelle Hemmwirkung auf das Wachstum eindeutig erkannt werden.

Leuchtbakterientest - Giftigkeit gegenüber Leuchtbakterien

Laborarbeitsplatz zur Durchführung des Leuchtbakterientests. Die lumineszierende Bakteriensuspension wird auf einem Thermoblock direkt in die Probenröhrchen pipettiert

Die akute Toxizität wird bei diesem Testverfahren durch die Hemmung der Lichtemission von Leuchtbakterien (Vibrio fischeri) nach der Analysenmethode DIN EN ISO 11348-2 bestimmt. Die lumineszierende Bakteriensuspension kann entweder frisch gezüchtet oder aus konservierten Präparaten hergestellt werden. Bei diesem sehr schnellen Toxizitätstests kann bereits nach einer Einwirkungszeit von 30 Minuten eine Hemmwirkung durch Schadstoffe festgestellt werden. Da es sich um marine Bakterien handelt, müssen die Testansätze vor der Messung mit Kochsalz auf Meerwasserkonzentration aufgesalzen werden.