Département Chimie de l’environnement

Bioakkumulations- und Biotransformationsprozesse polarer organischer Schadstoffe in aquatischen Invertebraten - Die Verknüpfung von Exposition und Effekten


Monitoring-Studien mit aquatischen Invertebraten zeigen, dass die Gewebekonzentrationen vieler Schadstoffe wesentlich höher sind als anhand von Modellen, basierend auf Laborstudien und gemessenen Wasserkonzentrationen, vorhergesagt. Dies ist insbesondere bei (semi-) polaren Verbindungen, einschließlich Pharmazeutika und systemischer Pestizide der Fall. Solche Abweichungen können zu Unterschätzungen in der Umweltrisikobewertung führen, da letztendlich interne Konzentrationen die Ursache für toxikologische Effekte sind. Das Verständnis toxikokinetischer Prozesse ist daher unerlässlich, um die Übertragbarkeit von Labordaten auf die Umwelt zu verbessern und Exposition sowie Effekt mechanistisch miteinander zu verknüpfen.

Dieses Projekt zielt auf die Aufklärung von Bioakkumulations- und Biotransformationsprozessen sowie Parametern ab, die möglicherweise für die beobachtete Diskrepanz verantwortlich sind und in die Modelle aufgenommen werden könnten. Die Untersuchungen werden mit den beiden Süßwasseramphipoden Gammarus pulex (Europa) und Hyalella azteca (Nordamerika) durchgeführt und umfassen folgende toxikokinetische Prozesse:
 

  • Aufnahmepfad Nahrung
    Bioakkumulations- sowie Sorptions- und Auslaugungsexperimente werden mit Laub              durchgeführt, das von mit systemischen Pestiziden exponierten Bäumen stammmt (Zusammenarbeit mit der Universität Koblenz-Landau )
     
  • Räumliche Verteilung
    In Zusammenarbeit mit der Universität Kopenhagen wird die Methode der bildgebenden Massenspektrometrie verwendet, um den Zugang zu molekularen Wirkorten und die Senken von angereicherten Schadstoffen zu bestimmen
     
  • Temperatur
    In Mikrokosmenstudien quantifizieren wir den Einfluss von Temperatur - ein wesentlicher Antrieb chemischer und biologischer Prozesse - auf die Toxikokonetik von Schadstoffen
     
  • Rezeptor Bindung
    Eine Kombination aus toxikokinetischen Experimenten und Rezeptorbindungsassays wird angewendet, um Multi-Kompartiment toxikokinetische und toxikodynamische Modellierung zu ermöglichen. Ausserdem haben wir die Rezeptorbindung als Ursache für Kontaminationsrückstände identifiziert, die gegenüber der Eliminierung aus Geweben resistent sind.
     

  • Aktiver Transport
    Die aktiven Aufnahme- und Eliminationsprozesse kationischer psychoaktiver Medikamente mit Hilfe von Transporter-Inhibitor-Assays aufgeklärt.

Publikationen

Raths, J.; Schinz, L.; Mangold-Döring, A.; Hollender, J. (2023) Elimination resistance: characterizing multi-compartment toxicokinetics of the neonicotinoid thiacloprid in the amphipod Gammarus pulex using bioconcentration and receptor-binding assays, Environmental Science and Technology, 57(24), 8890-8901, doi:10.1021/acs.est.3c01891, Institutional Repository
Raths, J.; Švara, V.; Lauper, B.; Fu, Q.; Hollender, J. (2023) Speed it up: how temperature drives toxicokinetics of organic contaminants in freshwater amphipods, Global Change Biology, 29(5), 1390-1406, doi:10.1111/gcb.16542, Institutional Repository
Raths, J.; Schnurr, J.; Bundschuh, M.; Pinto, F. E.; Janfelt, C.; Hollender, J. (2023) Importance of dietary uptake for in situ bioaccumulation of systemic fungicides using Gammarus pulex as a model organism, Environmental Toxicology and Chemistry, 42(9), 1993-2006, doi:10.1002/etc.5615, Institutional Repository
Raths, J.; Pinto, F. E.; Janfelt, C.; Hollender, J. (2023) Elucidating the spatial distribution of organic contaminants and their biotransformation products in amphipod tissue by MALDI- and DESI-MS-imaging, Ecotoxicology and Environmental Safety, 264, 115468 (10 pp.), doi:10.1016/j.ecoenv.2023.115468, Institutional Repository
Lauper, B. B.; Anthamatten, E.; Raths, J.; Arlos, M.; Hollender, J. (2022) Systematic underestimation of pesticide burden for invertebrates under field conditions: comparing the influence of dietary uptake and aquatic exposure dynamics, ACS Environmental Au, 2(2), 166-175, doi:10.1021/acsenvironau.1c00023, Institutional Repository