Abteilung Umweltchemie

ReadAcross

Foto: Dr. Claudia Coll, Eawag
“Aktivierter Schlamm aus einer Kläranlage wird für Batch-Experimente von Agrochemikalien verwendet, anhand derer wir die Halbwertszeiten der Chemikalie im Boden vorhersagen wollen."”


Der Einsatz von Pflanzenschutzmitteln ist wichtig, um die weltweite Nahrungsmittelversorgung in unserer heutigen Gesellschaft sicherzustellen. Neue Pflanzenschutzmittel, die entwickelt und auf den Markt gebracht werden, müssen jedoch auch Umweltauflagen entsprechen, die vom Gesetzgeber festgelegt worden sind. Unter anderem geben Persistenzkriterien vor, welche Abbauhalbwertszeiten von Pflanzenschutzmitteln in der Umwelt nicht überschritten werden dürfen. Die empfohlenen Simulationsstudien zur experimentellen Bestimmung solcher Abbauhalbwertszeiten (wie OECD 307) sind jedoch sehr zeit- und ressourcenintensiv. Vereinfachte Methoden zur Vorhersage der Abbauhalbwertszeiten in der Umwelt würden die Bewertung der Persistenz in frühen Stadien der Produktentwicklung erleichtern.

In dem Projekt ReadAcross, das von und in Zusammenarbeit mit unserem Industriepartner Syngenta finanziert wird, untersuchen wir Möglichkeiten, um die Abbauhalbwertszeiten von Chemikalien von einem Umweltkompartiment auf ein anderes zu extrapolieren. So testen wir, ob die Abbauhalbwertszeiten von Pflanzenschutzmitteln im Boden durch Halbwertszeiten aus einfacheren und schnelleren Biotransformationsexperimenten mit Belebtschlamm abgeschätzt werden können. Falls dies der Fall ist, könnten Letzere früh in der Forschungs- und Entwicklungsphase eingesetzt werden und somit einen wesentlichen Beitrag bei der Entwicklung umweltverträglicherer Pflanzenschutzmittel leisten.

Frühere Arbeiten haben ein bemerkenswertes Potenzial dieses Ansatzes gezeigt:

Fenner, K.; Screpanti, C.; Renold, P.; Rouchdi, M.; Vogler, B.; Rich, S., Vergleich der Halbwertszeiten der Biotransformation kleiner Moleküle zwischen Belebtschlamm und Boden: Möglichkeiten zum Durchlesen? Environ Sci Technol 2020, 54, (6), 3148 & ndash; 3158. (DOI: 10.1021 / acs.est.9b05104)

In diesem Projekt führen wir diese Arbeiten weiter und untersuchen insbesondere den Anwendungsbereich des “read-across” Verfahrens, sowie die zugrundeliegenden Biotransformationsmechanismen und Transformationsprodukte. Das Ziel ist, aufgrund eines verbesserten mechanistischen Verständnisses der Grundlagen des “read-across” Verfahrens auch zukünftige Anwendungsmöglichkeiten besser abschätzen zu können.

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Comparison of small molecule biotransformation half-lives between activated sludge and soil: opportunities for read-across?

Compartment-specific degradation half-lives are essential pieces of information in the regulatory risk assessment of synthetic chemicals. However, their measurement according to regulatory testing guidelines is laborious and costly. Despite the obvious ecological and economic benefits of knowing environmental degradability as early as possible, its consideration in the early phases of rational chemical design is therefore challenging. Here, we explore the possibility to use half-lives determined in highly time- and work-efficient biotransformation experiments with activated sludge and mixtures of chemicals to predict soil half-lives from regulatory simulation studies. We experimentally determined half-lives for 52 structurally diverse agrochemical active ingredients in batch reactors with three concentrations of the same activated sludge. We then developed bi- and multivariate models for predicting half-lives in soil by regressing the experimentally determined half-lives in activated sludge against average soil half-lives of the same chemicals extracted from regulatory data. The models differed in how we accounted for sorption-related bioavailability differences in soil and activated sludge. The best-performing models exhibited good coefficients of determination (R2 of around 0.8) and low average errors (
Fenner, K.; Screpanti, C.; Renold, P.; Rouchdi, M.; Vogler, B.; Rich, S. (2020) Comparison of small molecule biotransformation half-lives between activated sludge and soil: opportunities for read-across?, Environmental Science and Technology, 54(6), 3148-3158, doi:10.1021/acs.est.9b05104, Institutional Repository