Abteilung Umwelttoxikologie

Europäische Partnerschaft für die Bewertung von Risiken durch Chemikalien (PARC)


Die Risikobewertung von Chemikalien soll die Sicherheit von Chemikalien für die menschliche Gesundheit und die Umwelt gewährleisten. Die steigende Zahl sehr unterschiedlicher Chemikalien auf dem Markt, für die nicht immer toxikologische und Expositionsdaten verfügbar sind, stellt jedoch eine Herausforderung für das derzeitige Regulierungssystem dar. Hier können neue toxikologische Methoden dazu beitragen, den Prozess der Schließung dieser Datenlücken zu schneller zu gestalten. Ebenso kann die Verbesserung des Dialogs zwischen Wissenschaft, politischen Entscheidungsträgern und der Öffentlichkeit zu einer raschen Priorisierung neuer Chemikalien im Hinblick auf den Forschungs- und Regulierungsbedarf führen. Dies fließt dann in die flexible Anpassung des Regulierungsprozesses ein und gewährleistet eine höhere Sicherheit für die Öffentlichkeit bei gleichzeitiger Reduzierung der derzeit erforderlichen Tierversuche, wodurch sowohl Ressourcen als auch Tierleben eingespart werden.

Die PARC (Partnership for the Assessment of Risks from Chemicals) ist ein von der Europäischen Union finanziertes Horizon-Europe-Projekt. Es zielt darauf ab, den Prozess der Risikobewertung von Chemikalien zu überarbeiten und zu verbessern, um ihn an die Möglichkeiten und Bedürfnisse des 21. Jahrhunderts anzupassen. Dieses Bestreben wird durch Forschung und Innovation mit engem gesellschaftlichem Bezug vorangetrieben. Durch die Einbeziehung von über 200 Partnern aus 29 Ländern, die verschiedenste Disziplinen abdecken, legt PARC einen besonderen Schwerpunkt auf die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Forschungsbereichen und Interessengruppen. Die PARC-Aktivitäten unterstützen das EU-Ziel zum "Green Deal – Zero Pollution" sowie die EU-Chemikalienstrategie für Nachhaltigkeit.

An der Eawag und am Oekotoxzentrum ist PARC mit mehreren Projekten vertreten, die eine Vielzahl von Aspekten abdecken:

WP4 Monitoring and Exposure

Im Rahmen des PARC WP4 Monitoring and Exposure, dessen übergeordnetes Ziel es ist, "die Überwachung von Chemikalien in Mensch und Umwelt unter Berücksichtigung verschiedener Quellen, chemischer Verläufe und Expositionspfade" zu gewährleisten:

  • Beitrag zum Projektdesign von gezielten Monitoringaktivitäten (WP 4.2.3) und Priorisierung von Chemikalien und Aktivitäten auf Grundlage des vorhandenen Wissens (WP 4.2.1, 4.2.2)

Team

Prof. Dr. Juliane Hollender Senior scientist / Gruppenleiterin Tel. +41 58 765 5493 E-Mail senden

Team

Prof. Dr. Juliane Hollender Senior scientist / Gruppenleiterin Tel. +41 58 765 5493 E-Mail senden
Corina Meyer Wissenschaftlerin Tel. +41 58 765 6799 E-Mail senden

Team

Prof. Dr. Juliane Hollender Senior scientist / Gruppenleiterin Tel. +41 58 765 5493 E-Mail senden
Dr. Steven Chow Wissenschaftler Tel. +41 58 765 5665 E-Mail senden

WP5 Hazard Assessment

Im Rahmen von PARC WP5 Hazard Assessment liegt der allgemeine Schwerpunkt auf der Gefahrenabschätzung für die Gesundheit von Mensch und Umwelt in drei verschiedenen Richtungen: Schließen von Datenlücken, Entwickeln und/oder Verbessern von Methoden zur Gefahrenabschätzung, um Fortschritte beim Next Generation Risk Assessment (NGRA) zu erzielen", alle Projekte unter WP5.2.b:

  • Im Projekt zum maschinellen Lernen, werden verfügbare Daten aus freien Datenbanken gesichtet und für die weitere Verarbeitung bereinigt. Der Schwerpunkt liegt einerseits auf Daten zur akuten Toxizität über taxonomische Gruppen hinweg und andererseits auf Informationen zur spezifischen Wirkungsweise von Assays.

Team

Prof. Dr. Kristin Schirmer Gruppenleiterin und stellv. Abteilungsleiterin Tel. +41 58 765 5266 E-Mail senden
Dr. Christoph Schuer Postdoktorand Tel. +41 58 765 5684 E-Mail senden
  • Im Projekt über ein mikrofluidisches System mit immobilisierten synthetischen phototrophen Biofilmen, werden die optimalen Bedingungen für eine reproduzierbare Biofilmbildung identifiziert. Dies wird durch das Testen verschiedener Inokulationsbedingungen sowie verschiedener Strömungsgeschwindigkeiten in der mikrofluidischen Kammer erreicht.

Team

Prof. Dr. Kristin Schirmer Gruppenleiterin und stellv. Abteilungsleiterin Tel. +41 58 765 5266 E-Mail senden
  • Das Projekt über die Auswirkungen von neurotoxischen Substanzen auf das Verhalten von Zebrafischen wird sich auf die Konsolidierung der Pipeline für die gleichzeitige Bewertung von Verhaltensänderungen und der zugrunde liegenden strukturellen und molekularen Veränderungen im Nervensystem von larvalen Zebrafischen konzentrieren, die während der Exposition gegenüber neurotoxischen Substanzen sowie während der Depurationsphase auftreten.

Team

Dr. Ksenia Groh Gruppenleiterin Tel. +41 58 765 5182 E-Mail senden
Dr. Colette vom Berg Abteilungsleiterin Tel. +41 58 765 5535 E-Mail senden
Severin Ammann Technischer Mitarbeiter Tel. +41 58 765 6407 E-Mail senden
René Schönenberger Technischer Mitarbeiter Tel. +41 58 765 5105 E-Mail senden

WP6 Innovation in der regulatorischen Risikobewertung

Das Hauptziel des PARC WP6 Innovation in der regulatorischen Risikobewertung ist es, "die Innovation in der regulatorischen Risikobewertung voranzutreiben, indem die wissenschaftliche Basis gestärkt wird, mit der Umsetzung des NGRA als Endziel":

  • Beitrag zu einer Überprüfung der Risikobewertungsmethodik anhand einer Fallstudie unter der Leitung von BAFU und Eawag, die die Unterschiede und Gemeinsamkeiten bei der Umweltrisikobewertung von Pestiziden unter verschiedenen prospektiven und retrospektiven Vorschriften analysiert, um das Ziel von "ein Stoff - eine Bewertung" voranzutreiben (WP 6.3). Dieses Projekt wird sich die umfangreichen Erfahrungen mit der Risikobewertung von Pestiziden in der Schweiz und in Europa zunutze machen, die das Projektteam in den letzten zehn Jahren gesammelt hat.

Team

  • Fallstudie als Beitrag zur aktuellen Diskussion über Mischungszuordnungsfaktoren (MAF) für die prospektive Risikobewertung von Chemikalien. Verschiedene MAF-Typen werden auf Süßwassermonitoringsdatensätze angewandt, um statistische Beweise für einen MAF zu finden, der die Mischungseffekte einzelner Substanzen minimiert, und um die Grenzen jedes MAF-Typs im Zusammenhang mit realen Überwachungsdaten zu diskutieren (WP 6.4.1)

Team

Dr. Marion Junghans Oekotoxzentrum Tel. +41 58 765 5401 E-Mail senden
Fabian Balk Wissenschaftler Tel. +41 58 765 6478 E-Mail senden
  • In dieser Fallstudie wird die derzeitige Mischungsrisikobewertung für Wasserkörper, die von einigen Schweizer Kantonen verwendet wird (Junghans et al., 2013, Aqua & Gas, 93(5), 54-61), um Endpunkte erweitert, die für die europäische Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) relevant sind, die Methodik mit konventionellen Mischungsrisikobewertungen verglichen und im Hinblick auf eine Änderung der WRRL bewertet (WP 6.4.1)

Team

Dr. Marion Junghans Oekotoxzentrum Tel. +41 58 765 5401 E-Mail senden
Fabian Balk Wissenschaftler Tel. +41 58 765 6478 E-Mail senden
  • In WP 6.4.4 werden Modelle für die landschaftsbasierte Umweltrisikobewertung entwickelt. Verschiedene Fallstudien liefern Daten für die Modellentwicklung. Eawag/OZ leiten eine Fallstudie zur Verknüpfung des Pestizideinsatzes mit Monitoringdaten: Basierend auf chemischen Überwachungsdaten (Wasser, Sediment, Fische) und Biotestdaten für fünf landwirtschaftliche Standorte wollen wir Expositions-Aktivitäts-Verhältnisse berechnen, die dann mit biologischen Monitoringdaten verglichen werden. Die Hauptziele sind, (1) die Vorhersagekraft des EAR-Ansatzes an den ausgewählten Standorten zu verstehen und (2) zu prüfen, ob es etablierte adverse outcome pathways (AOPs) gibt, die von den Daten für weitere Untersuchungen belegt werden.

Team

Publikationen

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          a large number of species, which has traditionally been acquired through in
          vivo testing. The recent effort to find alternatives based on machine learn
         ing, however, has not focused on guaranteeing transparency, comparability an
         d reproducibility, which makes it difficult to assess advantages and disadva
         ntages of these methods. Also, comparable baseline performances are needed.
         In this study, we trained regression models on the ADORE "t-F2F" challenge p
         roposed in [Schür et al., Nature Scientific data, 2023] to predict acute mo
         rtality, measured as LC50 (lethal concentration 50), of organic compounds on
          fishes. We trained LASSO, random forest (RF), XGBoost, Gaussian process (GP
         ) regression models, and found a series of aspects that are stable across mo
         dels: (i) using mass or molar concentrations does not affect performances; (
         ii) the performances are only weakly dependent on the molecular representati
         ons of the chemicals, but (iii) strongly on how the data is split. Overall,
         the tree-based models RF and XGBoost performed best and we were able to pred
         ict the log10-transformed LC50 with a root mean square error of 0.90, which
         corresponds to an order of magnitude on the original LC50 scale. On a local
         level, on the other hand, the models are not able to consistently predict th
         e toxicity of individual chemicals accurately enough. Predictions for single
          chemicals are mostly influenced by a few chemical properties while taxonomi
         c traits are not captured sufficiently by the models. We discuss technical a
         nd conceptual improvements for these challenges to enhance the suitability o
         f in silico methods to environmental hazard assessment. Accordingly, this wo
         rk showcases state-of-the-art models and contributes to the ongoing discussi
         on on regulatory integration.
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         r, B. I.; Beaudouin, R.; Mora Lagares, L.; Tollefsen,&nb
         sp;K. E.; Fenske, M.; Mulkiewicz, E.; Creusot, N.; Sosno
         wska, A.; Loureiro, S.; Beyer, J.; Repetto, G.; Štern,&
         nbsp;A.; Lopes, I.; Monteiro, M.; Zikova-Kloas, A.; Eleršek,
          T.; Vračko, M.; Zdybel, S.; Puzyn, T.; Koczur, W.
         ; Ebsen Morthorst, J.; Holbech, H.; Carlsson, G.; Örn, 
         S.; Herrero, Ó.; Siddique, A.; Liess, M.; Braun, G.; Sr
         ebny, V.; Žegura, B.; Hinfray, N.; Brion, F.; Knapen,&n
         bsp;D.; Vandeputte, E.; Stinckens, E.; Vergauwen, L.; Behrend
         t, L.; João Silva, M.; Blaha, L.; Kyriakopoulou, K.
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         tutes of bisphenol A (BPA) that offer similar functionality. These alternati
         ves are already in the market, entering the environment and thus raising eco
         logical concerns. However, it can be expected that levels of BPA alternative
         s will dominate in the future, they are limited information on their environ
         mental safety. The EU PARC project highlights BPA alternatives as priority c
         hemicals and consolidates information on BPA alternatives, with a focus on e
         nvironmental relevance and on the identification of the research gaps. The r
         eview highlighted aspects and future perspectives. In brief, an extension of
          environmental monitoring is crucial, extending it to cover BPA alternatives
          to track their levels and facilitate the timely implementation of mitigatio
         n measures. The biological activity has been studied for BPA alternatives, b
         ut in a non-systematic way and prioritized a limited number of chemicals. Fo
         r several BPA alternatives, the data has already provided substantial eviden
         ce regarding their potential harm to the environment. We stress the importan
         ce of conducting more comprehensive assessments that go beyond the tradition
         al reproductive studies and focus on overlooked relevant endpoints. Future r
         esearch should also consider mixture effects, realistic environmental concen
         trations, and the long-term consequences on biota and ecosystems.
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         tial approaches. Chemical pollution appears to be such a problem. Analyses o
         f chemical hazards to human health, biodiversity, and ecosystem services and
          estimates of the cost of inaction suggest the potential for adverse impacts
         , and analyses of trends in the chemical economy appear exponential in kind.
          Here, we argue that we need and can develop an exponential and application-
         focused mindset in thinking about solutions.
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         ity-Jesi, M.
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         ising, but underutilized. The curation of data with informative features req
         uires both expertise in machine learning as well as a strong biological and
         ecotoxicological background, which we consider a barrier of entry for this k
         ind of research. Additionally, model performances can only be compared acros
         s studies when the same dataset, cleaning, and splittings were used. Therefo
         re, we provide <em>ADORE</em>, an extensive and well-described dataset on ac
         ute aquatic toxicity in three relevant taxonomic groups (fish, crustaceans,
         and algae). The core dataset describes ecotoxicological experiments and is e
         xpanded with phylogenetic and species-specific data on the species as well a
         s chemical properties and molecular representations. Apart from challenging
         other researchers to try and achieve the best model performances across the
         whole dataset, we propose specific relevant challenges on subsets of the dat
         a and include datasets and splittings corresponding to each of these challen
         ge as well as in-depth characterization and discussion of train-test splitti
         ng approaches.
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Gasser, L.; Schür, C.; Perez-Cruz, F.; Schirmer, K.; Baity-Jesi, M. (2024) Machine learning-based prediction of fish acute mortality: implementation, interpretation, and regulatory relevance, Environmental Science: Advances, 3(8), 1124-1138, doi:10.1039/d4va00072b, Institutional Repository
Adamovsky, O.; Groh, K. J.; Białk-Bielińska, A.; Escher, B. I.; Beaudouin, R.; Mora Lagares, L.; Tollefsen, K. E.; Fenske, M.; Mulkiewicz, E.; Creusot, N.; Sosnowska, A.; Loureiro, S.; Beyer, J.; Repetto, G.; Štern, A.; Lopes, I.; Monteiro, M.; Zikova-Kloas, A.; Eleršek, T.; Vračko, M.; Zdybel, S.; Puzyn, T.; Koczur, W.; Ebsen Morthorst, J.; Holbech, H.; Carlsson, G.; Örn, S.; Herrero, Ó.; Siddique, A.; Liess, M.; Braun, G.; Srebny, V.; Žegura, B.; Hinfray, N.; Brion, F.; Knapen, D.; Vandeputte, E.; Stinckens, E.; Vergauwen, L.; Behrendt, L.; João Silva, M.; Blaha, L.; Kyriakopoulou, K. (2024) Exploring BPA alternatives - environmental levels and toxicity review, Environment International, 189, 108728 (29 pp.), doi:10.1016/j.envint.2024.108728, Institutional Repository
Posthuma, L.; Bloor, M.; Campos, B.; Groh, K.; Leopold, A.; Sanderson, H.; Schreiber, H.; Schür, C.; Thomas, P. (2024) Green Swans countering chemical pollution, Integrated Environmental Assessment and Management, 20(3), 888-891, doi:10.1002/ieam.4915, Institutional Repository
Schür, C.; Gasser, L.; Perez-Cruz, F.; Schirmer, K.; Baity-Jesi, M. (2023) A benchmark dataset for machine learning in ecotoxicology, Scientific Data, 10(1), 718 (20 pp.), doi:10.1038/s41597-023-02612-2, Institutional Repository

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Eawag