Genetischer Barcode entlarvt Umweltgifte

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Im frühen Entwicklungsstadium reagieren Lebewesen äußerst empfindlich auf chemische Einflüsse. Ob und in welchen Dosen chemische Stoffe toxisch auf das sich entwickelnde Leben wirken, ist jedoch bislang kaum bekannt. Am KIT-Institut für Toxikologie und Genetik (ITG) haben Wissenschaftler nun ein Modellsystem mit Fisch-Embryonen entwickelt, mit dem sich die Auswirkungen von Umweltgiften sehr spezifisch zu einem frühen Zeitpunkt genetisch nachweisen lassen.

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Für den Test setzten die KIT-Wissenschaftler Embryonen des Zebrabärblings verschiedenen Umwelt-Giften wie Dioxin, DDT, Cadmium oder Quecksilber aus und analysierten anschließend die genetische Reaktion. Durch die Behandlung werden im Organismus mehrere hundert Gene aktiviert. Das Ergebnis ist ein typisches Genmuster, das wie ein genetischer Barcode abgelesen werden kann. Mit dieser Methode gelang es den Entwicklungsbiologen das eingesetzte Umweltgift mit hoher Treffsicherheit vorherzusagen.

„Es war sehr eindrucksvoll, wie spezifisch die Genantworten waren, mit denen wir immerhin 14 von 15 eingesetzten Umweltgiften identifizieren konnten“, so ITG-Institutsleiter Professor Uwe Strähle. Die Auswirkungen zeigten sich bereits bei einer Konzentration, die noch keine äußerlichen Veränderungen der Embryonen zur Folge hatte. Das Verfahren ist damit sensibler als die zurzeit üblichen Biomonitoring-Tests, bei denen morphologische Änderungen als Hinweis für einen toxischen Effekt dienen.

Das System könnte zukünftig als Vorabscreening für neue Wirkstoffe dienen, um bereits frühzeitig deren Gefährdungspotenzial einzuschätzen, so Strähle. Aber auch zur toxikologischen Testung bereits eingesetzter Chemikalien in Pharmazie und chemischer Industrie dürfte das Verfahren von Interesse sein. Seit dem Inkrafttreten des neuen EU-Chemikalienrechts REACH (Registration, Evaluation and Authorisation of CHemicals) am 1. Juni 2007 müssen innerhalb der EU chemische Stoffe ab einer Jahresproduktion oder bei Importmengen von mindestens einer Tonne auf ihre Auswirkungen auf Gesundheit und Umwelt getestet und registriert werden. Für rund 2500 bis 3000 besonders riskante Stoffe, die etwa Krebs erregen und die Fruchtbarkeit mindern können, wird ein Zulassungsverfahren vorgeschrieben. „Zebrabärbling-Embryonen bieten sich als gut handhabbares und ethisch vertretbares Wirbeltiermodell an, um die zehntausenden von Risikoprüfungen zu bewältigen, die im Rahmen von REACH erforderlich sind“, urteilt Uwe Strähle. Das Modell kann hier einen wichtigen Beitrag leisten, zumal das Verfahren mittelfristig auch automatisiert werden kann und sich damit zur schnellen Testung einer großen Anzahl von Substanzen eignet.

Im Karlsruher Institut für Technologie (KIT) gehen die Universität Karlsruhe und das Forschungszentrum Karlsruhe zusammen. Gemeinsam arbeiten hier 8000 Beschäftigte mit einem jährlichen Budget von 700 Millionen Euro.

Mit KIT entsteht eine Institution international herausragender Forschung und Lehre in den Natur- und Ingenieurwissenschaften. KIT soll Attraktionspunkt für die besten Köpfe aus der ganzen Welt werden, neue Maßstäbe in Lehre und Nachwuchsförderung setzen und das führende europäische Zentrum in der Energieforschung bilden. Im Bereich der Nanowissenschaften will KIT eine weltweit führende Rolle einnehmen. Ziel von KIT ist es, einer der wichtigsten Kooperationspartner für die Wirtschaft zu sein.