MOE-Fellowship

Emil Jarosz

Verknüpfung von Aufnahme und Wirkung von umweltrelevanten Schadstoffen im Zebrabärbling-Embryo-Modell

Die Verwendung des Zebrafischembryos (ZFE) in der ökotoxikologischen Forschung ist in den letzten Jahren stark angestiegen. Heuzutage hat sich die Forschung mit dem ZFE als vielversprechendes, neuartiges Testsystem der aquatischen Ökotoxikologie zur Risikobewertung von Chemikalien etabliert. Für ein besseres Verständnis der Wirkung von Chemikalien im Organismus ist es wichtig, die Aufnahme, die Verteilung, den Metabolismus sowie die Elimination von Substanzen zu untersuchen. Der Fokus meiner Arbeit in diesem Projekt ist die quantitative Bestimmung interner Konzentrationen von Chemikalien im ZFE.

   Das Hauptziel meiner Projektarbeit ist es, mit Hilfe der instrumentellen Analytik neue Erkenntnisse bezüglich der qualitativen und quantitativen, zeitabhängigen Aufnahme und Abnahme (Toxikokinetik) von Phenylamid-Pestiziden und deren Metabolisierung im ZFE zu gewinnen. Die quantitative Bestimmung interner Konzentrationen stellt hierbei eine experimentelle und analytische Herausforderung dar. Jedoch liefern die gewonnenen Erkenntnisse ein besseres Verständnis der toxikokinetischen und toxikodynamischen Prozesse im untersuchten Testsystem.

Die optimierte LC-HRMS-Methode ermöglicht es, die Testsubstanzen im ZFE zu detektieren und zu quantifizieren. Trotz der geringen Anzahl an Embryonen pro Probe (Pool von nur sieben Embryonen) und trotz Matrix-Effekten war es möglich, die Aufnahme- und Eliminationkurven von Diuron und 3,4-DCA zu bestimmen. Die Elimierung von beiden Stoffe verlief sehr rasch, so fand bereits nach 15 min in sauberem Wasser eine Verringerung der internen Konzentration um die Hälfte statt Mit der LC-HRMS-Methode hingegen waren geringe Mengen Analyt noch bis zu 24 h nach der Überführung in sauberes Wasser nachzuweisen.

Für die Messungen der Proben mit der LC-HRMS-Methode wurde der so genannte Full-Scan-Mode verwendet, um Informationen über die Anwesenheit von Metaboliten zu bekommen. Das einzige 3,4-DCA-Abbauprodukt, das in größerer Menge detektiert wurde, war das Acetylo-3,4-DCA. Für Diuron wurden zwei Produkte von N-Demethylierungsreaktionen gefunden. Dies bestätigt, dass sowohl die Enzyme der Phase I als auch der Phase II von den ersten Stunden nach der Befruchtung an aktiv sind.

Die optimierte LC-HRMS-Methode ermöglicht es, die Testsubstanzen im ZFE zu detektieren und zu quantifizieren. Trotz der geringen Anzahl an Embryonen pro Probe (Pool von nur sieben Embryonen) und trotz Matrix-Effekten war es möglich, die Aufnahme- und Eliminationkurven von Diuron und 3,4-DCA zu bestimmen. Die Elimierung von beiden Stoffe verlief sehr rasch, so fand bereits nach 15 min in sauberem Wasser eine Verringerung der internen Konzentration um die Hälfte statt Mit der LC-HRMS-Methode hingegen waren geringe Mengen Analyt noch bis zu 24 h nach der Überführung in sauberes Wasser nachzuweisen.

Für die Messungen der Proben mit der LC-HRMS-Methode wurde der so genannte Full-Scan-Mode verwendet, um Informationen über die Anwesenheit von Metaboliten zu bekommen. Das einzige 3,4-DCA-Abbauprodukt, das in größerer Menge detektiert wurde, war das Acetylo-3,4-DCA. Für Diuron wurden zwei Produkte von N-Demethylierungsreaktionen gefunden. Dies bestätigt, dass sowohl die Enzyme der Phase I als auch der Phase II von den ersten Stunden nach der Befruchtung an aktiv sind.