24. Mai 2018, Thema: Aquatische Ökotoxikologie Risikobewertung
Verschiedene Ansätze zur Bewertung der Wasserqualität mit Biotests
Für die regulatorische Bewertung der Wasserqualität mit Biotests sind einheitliche Ansätze notwendig. Diese können nur den EQS der Referenzsubstanz verwenden oder so viele EQS einer Substanzklasse wie möglich einbeziehen.
Für die regulatorische Wasserbewertung in der Schweiz und der EU wird meist die gezielte chemische Analyse eingesetzt. Diese kann jedoch weder unbekannte Stoffe erfassen, noch Mischungseffekte der komplexen Umweltcocktails bewerten. Auch wenn die Einzelstoffe unterhalb der Grenzwerte vorkommen, kann die gemeinsame Wirkung vieler niedrig dosierter Chemikalien problematisch sein. Biotests dagegen erfassen den Mischungseffekt aller Chemikalien mit gleichem Wirkmechanismus. Meist werden zur Untersuchung von Wasserproben in vitro Tests mit Einzellern oder Zellkulturen eingesetzt oder in vivo Tests mit kleinen Organismen wie Algen, Daphnien oder Fischembryos.
Effektbasierte Triggerwerte zur Bewertung von Biotestresultaten
Um die Anwendung von Biotests zukünftig in der Regulatorik zu ermöglichen, ist es notwendig, die im Biotest gemessenen Effekte anhand von effektbasierten Triggerwerten (EBT) zu beurteilen, d.h. zu bestimmen, wieviel Effekt akzeptabel oder inakzeptabel ist: Eine Möglichkeit ist es, als EBT das chronische Umweltqualitätskriterien (UQK) oder den EQS (environmental quality standard, Grenzwert der EU) für die Referenzsubstanz des Biotests zu verwenden. Um die Wirkung von Stoffen mit demselben Wirkmechanismus vergleichen zu können, kann ihre Aktivität als diejenige Konzentration einer Referenzsubstanz ausgedrückt werden, die ebenso potent wirkt wie die unbekannte Mischung: «Wenn diese biologische Äquivalenzkonzentration grösser ist als das chronische UQK für die Referenzsubstanz, so ist die Wasserqualität ungenügend», erklärt Etienne Vermeirssen vom Oekotoxzentrum. «Eine Gefährdung von Wasserorganismen kann dann nicht ausgeschlossen werden.» Für den Algentest wird dabei die Aktivität der Wasserprobe mit der Aktivität von Diuron als Referenz verglichen, für Biotests für östrogene Wirkung mit der von 17β-Estradiol [1]. Es stünden jedoch für jeden Test mehrere Referenzsubstanzen zur Auswahl, die in der Bewertung zu unterschiedlichen Ergebnissen führen.
Ein alternativer Ansatz
Jetzt hat eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern rund um Beate Escher vom Umweltforschungszentrum UFZ Leipzig (D) eine alternative Methode entwickelt, um solche EBT aus EQS abzuleiten [2]. Auch das Oekotoxzentrum war beteiligt. Bei diesem Ansatz wird versucht, sich nicht auf eine Referenzsubstanz zu konzentrieren, sondern die chronischen EQS für möglichst viele Stoffe in die Bestimmung der EBT einzubeziehen, um robustere EBT zu erhalten. Die Wissenschaftler prüften verschiedene mathematische Ansätze mit umfangreichen Datensätzen für insgesamt 48 verschiedene Biotests und insgesamt 100 Stoffe, für die EQS oder UQK verfügbar sind. Für 32 Biotests konnten EBT-Vorschläge abgeleitet werden. Es war möglich, ein einheitliches Model zu entwickeln, wobei für solche Biotests, die auf sehr viele verschiedene Stoffe in einer Wasserprobe ansprechen, noch ein zusätzlicher Mischungsfaktor implementiert werden muss, der vorläufig ist und in weiteren Forschungsarbeiten verfeinert werden muss.
«Für Stoffe mit einer spezifischen Wirkung sind wir schon weit bei der Herleitung solcher Grenzwerte», sagt Etienne Vermeirssen. «Für die Stoffe mit einer unspezifischen Wirkung braucht es noch einige Anpassungen.» Denkbar sei für diese zum Beispiel auch ein Schwellenwert, der von einer definierten Wirkung ausgeht, wie zum Beispiel 20% Mortalität im Daphnientest. Die vorgeschlagenen Methoden zur einheitlichen Ableitung von EBT sind ein wichtiger Schritt, um die Praxistauglichkeit von Biotests zur Bewertung der Wasserqualität zu verbessern. Die endgültige Implementierung in der Routineanwendung steht für beide Ansätze jedoch noch aus.
Mehr Informationen
[1] Kienle, C., Vermeirssen, E., Kunz, P., Werner, I. (2018) Grobbeurteilung der Wasserqualität mit Biotests: Ökotoxikologische Biotests zur Beurteilung von abwasserbelasteten Fliessgewässern. Aqua & Gas 4: 40-48
[2] Escher, B. et al. (2018) Effect-based trigger values for in vitro and in vivo bioassays performed on surface water extracts supporting the environmental quality standards (EQS) of the European Water Framework Directive. Science of the Total Environment, 628–629, 748–765
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