Die Identifizierung und Überwachung von Chemikalieneffekten auf Organismen in der Umwelt beruht auf einem breiten Spektrum von Herangehensweisen und Messpunkten. Allerdings wurden bisher viele der existierenden Untersuchungsmethoden lediglich für wenige Modellorganismen entwickelt. Die Berücksichtigung der Artenvielfalt und der Vielfalt an Reaktionen auf Umweltstressoren ist daher nach wie vor eine grosse Herausforderung. Die Analyse von messengerRNA (mRNA), welche für ausgewählte Biomarkermoleküle kodieren, ist dagegen ein vielversprechender Ansatz, da er auf ein weites Spektrum an Organismen und biologische Antworten übertragbar ist.
In diesem Projekt sollten die Einflüsse von Mikroschadstoffeintrag von Abwässern auf Flussökosysteme untersucht werden. Es wurde ein Biomarker-Genset für die Bachforelle (Salmo trutta) und die Regenbogenforelle (Oncorhynchus mykiss) etabliert, um die Wirkung von Mikroschadstoffen, wie Pharmaka und Pestizide, im Fisch nachweisen zu können. Ein typisches Biomarker-Set besteht aus 20-25 spezifischen Genen, welche verschiedene zelluläre Stressantworten, wie allgemeinen Stress, Metall- und oxidativen Stress, Biotransformation, Immunregulation usw. reflektieren. Die Regulation dieser Gene wurde in Leber und Nierengewebe in Bachforellen analysiert, welche ober- und unterströmig von vier verschieden Abwasserreinigungsanlagen (ARA) gefangen wurden. Zwei Standorte wurden doppelt untersucht: Herisau (Appenzell) vor und nach der Aufschaltung der Pulveraktivkohle (PAK)- Abwasserreinigungs-einheit und Steinach (St. Gallen) vor und nach dem Stopp der Abwassereinleitung. An diesen Standorten sollte überprüft werden ob mit dieser Methode Veränderungen der Wasserqualität und der Effekte auf die Fische erfasst werden können. Die Daten zeigen, dass die mRNA Regulation standortspezifisch ist. Fische, welche Unterhalb der Kläranalagen gefangen wurden, zeigen eine erhöhte Stressantwort an. Zudem konnten wir aufgrund der Genexpression das Einwirken von spezifischen Gruppen von Chemikalien identifizieren, wie Schwermetalle, endokrine Disruptoren, Pharmaka oder Pestizide. Tatsächlich bestätigte die chemische Analytik das Vorhandensein solcher Chemikalien im Wasser an den Probenahmestandorten. Ebenfalls konnten positive Effekte auf die Wasserqualität durch die Umbauten der ARAs in Herisau und Steinach mittels Genexpressionsanalyse in den untersuchten Fischen bestätigt werden.
Im Projekt ReTREAT auf der ARA Neugut wurden verschiedene Nachbehandlungen, im Anschluss an die Ozonung von Abwasser, auf deren Leistungsfähigkeit untersucht, toxische Transformations- oder Oxidationsnebenprodukte zu reduzieren. Zur Erfassung der ökotoxikologischen Wirkung wurden zahlreiche Biotests durchgeführt, darunter auch ein Fish Early Life Stage-Test (FELST) mit Regenbogenforellen (Oncorhynchus mykiss). Als Ergänzung zu den Standardendpunkten dieses Tests wurden normalerweise nicht erfassbare subletale Effekte mittels einem spezifischen Biomarker-Genset untersucht. Die Ergebnisse bestätigen die Effizienz der Ozonung, organische Mikroverunreinigungen aus dem Abwasser zu eliminieren und hervorgerufene subletale Effekte auf die Fische zu verringern. In Übereinstimmung mit den meisten anderen Tests konnte die gute Eignung der Nachbehandlung des ozonierten Abwassers durch den frischen Aktivkohlefilter (GAK2) bestätigt werden.
Im Projekt ReTREAT auf der ARA Neugut wurden verschiedene Nachbehandlungen, im Anschluss an die Ozonung von Abwasser, auf deren Leistungsfähigkeit untersucht, toxische Transformations- oder Oxidationsnebenprodukte zu reduzieren. Zur Erfassung der ökotoxikologischen Wirkung wurden zahlreiche Biotests durchgeführt, darunter auch ein Fish Early Life Stage-Test (FELST) mit Regenbogenforellen (Oncorhynchus mykiss). Als Ergänzung zu den Standardendpunkten dieses Tests wurden normalerweise nicht erfassbare subletale Effekte mittels einem spezifischen Biomarker-Genset untersucht. Die Ergebnisse bestätigen die Effizi-enz der Ozonung, organische Mikroverunreinigungen aus dem Abwasser zu eliminieren und hervorgerufene subletale Effekte auf die Fische zu verringern. In Übereinstimmung mit den meisten anderen Tests konnte die gute Eignung der Nachbehandlung des ozonierten Abwassers durch den frischen Aktivkohlefilter (GAK2) bestätigt werden.
Damit ist dies eine vielversprechende Methode für die Überwachung der Wasserqualität und der Fischgesundheit. Die Biomarker-Gensets sind sehr flexibel; weitere Anpassung für spezifische Effektmessungen, Übertragung auf andere Fischarten sowie weitere Anwendungen sind möglich.
Zudem wird versucht das Umweltmonitoring auf etablierte Zelllinien vom Fisch zu erweitern, welche eine tierfreie Alternative für die Umweltüberwachung darstellen könnten. Dabei werden permanente Zelllinien der Regenbogenforelle eingesetzt. Diese werden direkt im Labor mit Wasserproben, die an den Feldstandorten gewonnen wurden, exponiert. Die danach in diesen Zellen gemessene Expression wurde mit der Genexpression von im Fluss gefangenen Fischen und der chemischen Analytik verglichen. Stimmen die biologischen Antworten überein, könnten die Fischzellen zukünftig die Umweltüberwachung "übernehmen". Bisher konnte eine gute Übereinstimmung mit einigen Markergenen gefunden werden.