17. Mai 2023, Thema: Aquatische Ökotoxikologie Sedimentökotoxikologie Risikobewertung

Biotests und Biomarker zur Beurteilung der Wasser- und Sedimentqualität

Das Oekotoxzentrum hat zahlreiche Biotests und Biomarker eingesetzt, um die Gewässerqualität an 17 Standorten zu untersuchen. Die ökotoxikologischen Risiken wurden auf Basis der Biotests bestimmt und mit den Risiken verglichen, die auf Basis chemischer Messungen ermittelt wurden. Basierend auf den Ergebnissen schlägt das Zentrum geeignete Methoden für den Routineeinsatz vor.

Effekt-basierte Methoden wie Biotests und Biomarker werden für die Bewertung der Umweltqualität immer wichtiger. Sie messen integrativ die Wirkung aller Substanzen in einer Umweltprobe und erfassen so auch unbekannte oder nicht gemessene Stoffe. Ausserdem stellen sie eine wichtige Brücke zwischen den vorhandenen Chemikalien und ihren Effekten auf Organismen in der Umwelt dar. Manche Stoffklassen können sie zudem in geringeren Konzentrationen nachweisen als die chemische Analytik. So sind sie eine wichtige Ergänzung zu chemisch-analytischen Messungen.

Biotestbatterie mit verschiedenen Organismen und Wirkmechanismen

Ökotoxikologische Biotests setzen lebende Zellen, Organismen oder Lebensgemeinschaften von Organismen ein, um zu messen, wie diese auf chemische Stoffe in Umweltproben reagieren. Neben der Sterblichkeit können auch die Entwicklung, das Wachstum oder die Fortpflanzung beeinträchtigt sein. Weil kein einzelner Biotest existiert, der alle möglichen Effekte auf verschiedene Organismen nachweisen kann, ist es sinnvoll, mehrere Tests in einer «Biotestbatterie» zu kombinieren. So werden sowohl verschiedene Wirkweisen von Schadstoffen als auch Wirkungen auf verschiedene Organismengruppen erfasst.

Viele Biotests sind bereits standardisiert. Im Gegensatz dazu ist die Verwendung von Biomarkern noch weniger etabliert, aber eine vielversprechende Methode. Biomarker sind quantifizierbare biologische Reaktionen auf Umweltstress und können auf verschiedenen Ebenen wie zum Beispiel der Genexpression gemessen werden. Sie machen es möglich, viele mögliche Wirkungen etwa auf das Nervensystem oder das Immunsystem zu messen, für die es noch keine Biotests gibt.

Grosses Monitoringprojekt

Das Oekotoxzentrum hat sich in drei Projekten dafür engagiert, die Bewertung der Gewässerqualität mit effekt-basierten Methoden zu verbessern. Am Ende soll ein praxistaugliches Verfahren für das Routine-Monitoring der Wasser- und Sedimentqualität mit effekt-basierten Methoden zur Verfügung stehen, das die chemische Analytik ergänzt. Denn eine Gewässerüberwachung, die rein auf chemischen Methoden basiert, kann Lücken aufweisen, da nicht alle relevanten Schadstoffe bekannt sind oder analysiert werden können.

Daher hat das Oekotoxzentrum im Mai und Juni 2021 Wasser- und/oder Sedimentproben von 17 Probenahmestellen im Schweizer Mittelland (siehe Abbildung) mit einer umfangreichen Batterie von meist standardisierten Biotests untersucht. Die meisten Probenahmestellen sind Standorte der nationalen Beobachtung Oberflächengewässerqualität NAWA. Ein Teil der Standorte wird landwirtschaftlich genutzt, ein Teil landwirtschaftlich und urban, und ein Teil extensiv mit einem hohen Anteil an Wald oder unproduktiven Flächen, die als eher unbelastet gelten. Biomarker wurden in jungen Bachforellen an Standorten mit extensiver und mit landwirtschaftlicher Landnutzung analysiert. Das ökotoxikologische Risiko auf Basis der Biotests und Biomarker wurde mit dem Risiko auf Basis chemischer Messungen verglichen. 

Mehr Informationen

Newsartikel zu den Wasser-Biotests

Newsartikel zu den Sediment-Biotests

Newsartikel zu den Biomarkern

Publikationen

Kienle, C., Beauvais, R., Casado-Martinez, C., Voisin, A. S., Werner, I., Vermeirssen, E., & Ferrari, B. (2023). Ökotoxikologische Biotests und -marker. Biologische effektbasierte Methoden zur Beurteilung der Wasser- und Sedimentqualität. Aqua & Gas, 103(4), 18-22.
Download Artikel

Kienle, C., Bramaz, N., Schifferli, A., Olbrich, D., Werner, I., Vermeirssen, E. (2023) Beurteilung der Wasserqualität mit einer Biotestbatterie. Aqua & Gas 103(4), 24 – 33.
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Casado-Martinez, M.C., Beauvais, R., Ferrari, B., Cirelli, S., Schaad, E.J., Chiaia-Hernandez, A., Höss, S., Loizeau, J-L. (2023) Évaluation de la qualité des sédiments. Projet pilote d’application d’une batterie de bioessais à l’échelle nationale. Aqua & Gas 103(4), 34 – 41.
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Voisin, A.-S., Fasel, M., Beauvais, R., Kienle, C., Ferrari, B., Werner, I. (2023) Biomarqueurs moléculaires.
Application pour la surveillance de la qualité de l’eau avec la truite de rivière. Aqua & Gas 103(4), 42 – 48.
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