Kontamination von Stadtgewässern mit mutagenen Substanzen

Fortschritte von Technik und Naturwissenschaften haben zu einer erheblichen Verbesserung der Lebensqualität des Menschen beigetragen, aber auch dazu geführt, daß dieser in zunehmendem Maße mit chemischen Stoffen in Berührung gerät, die schädliche biologische Wirkungen hervorrufen können. Die Kontamination von Gewässern mit genotoxischen Substanzen ist sowohl aus human- als auch aus ökotoxikologischen Gesichtspunkten bedenklich. In epidemiologischen Studien wurden Korrelationen zwischen genotoxischen Gewässerbelastungen und kanzerogenen Effekten beim Menschen aber auch bei aquatischen Organismen hergestellt. In der vorliegenden Arbeit wurden Wässer, wie Autobahn-, Straßen- und Dachabflüsse, Abwasser aus Kläranlagen, Regen, Schnee, Teich-, Bach-, und Flußwasser, auf eine Kontamination mit mutagenen Substanzen untersucht. Mutagene Substanzen kommen in der Umwelt nur in geringen Konzentrationen vor, so daß sich die Notwendigkeit der Schadstoffkonzentration ergibt. Zu diesem Zweck wurde die in Japan entwickelte Blue-Cotton-/ Blue-Chitin-Methode verwendet. Das an ein Trägermaterial gebundene blaue Pigment (Kupferphthalocyanintrisulfonat) adsorbiert selektiv polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe mit mehr als drei Ringen. Die genotoxische Wirkung der mit diesen Methoden gewonnenen Extrakte wurde an CHO-Zellen cytogenetisch untersucht. Mit Ausnahme des Leitungswassers konnten bei allen untersuchten Wasserproben Genotoxizität nachgewiesen werden, die auf die im Wasser enthaltenen PAK zurückzuführen ist. Bei der Untersuchung zeigte sich eine saisonale Abhängigkeit der Mutagenität, die im Sommer höher war als im Winter. Die Gesamtwirkung kann sich aus der Wirkung von Einzelsubstanzen, ihren Abbauprodukten und synergistischen beziehungsweise antagonistischen Effekten zusammensetzen. PAK werden im Stoffwechsel enzymatisch aktiviert und in reaktive Zwischenprodukte überführt. Chemische Reaktionen mit der DNA führen zu DNA-Addukten. Das am häufigsten eingesetzte Testsystem zur Bestimmung der Genotoxizität von Wasserproben ist der Ames-Test mit Salmonella typhimurium. Bei allen im Rahmen dieser Arbeit untersuchten Wasserproben reagierte dieser Test weniger empfindlich auf Mutagenität als die Tests auf CA und SCE. Alle in dieser Arbeit untersuchten metall(oid)organischen Verbindungen wirkten mutagen und induzierten konzentrationsabhängig chromosomale Aberrationen und SCE. Die organische Quecksilberverbindung wies die höchste geno- und cytotoxische Aktivität auf, gefolgt von der organischen Zinn- und den Arsenverbindungen. Das momentane Wissen über Mechanismen der Metallgenotoxizität zeigt, daß es keinen allgemeingültigen Wirkmechanismus gibt, der das karzinogene Potential diverser Metalle und ihrer Verbindungen erklären kann. Metalle reagieren mit nahezu allen zellulären Bestandteilen. Das genotoxische Potential hängt weitgehend von der Bioverfügbarkeit der aktuellen Spezies ab. Die Bindung des Metalls geht mit einer Vielzahl von Effekten auf das genetische Material einher, was sowohl in vitro als auch in vivo beobachtet werden kann. Dazu gehören Konformationsränderungen der DNA und nuklearer Proteine, Strangbrüche und Depurinierung des DNA-Moleküls, Crosslinks und Basenmodifikationen. Diese Effekte können nach fehlerhafter Reparatur oder Replikation des geschädigten DNA-Templates zu Mutationen führen. Enzyme, die diese Prozesse kontrollieren sind ebenfalls betroffen. Die meisten karzinogen wirkenden Metalle können unter physiologischen Bedingungen mit Sauerstoff zu reagieren. In den meisten Fällen kommt es zu einer Aktivierung von O2 zum O2-. ?Radikal während einer Autooxidation oder einer Aktivierung von H2O2 zum Hydroxylradikal (.OH) über den Fenton/Haber-Weiss-Prozeß. Diesen beiden Radikalen kommt in Zusammenhang mit der Genotoxizität die größte Bedeutung zu. Im Fall der Arsenverbindungen spielt das Dimethylarsinperoxylradikal [(CH3)2AsOO.] eine dominante Rolle. Die beobachteten cytogenetischen Effekte nach Einwirkung metall(oid)organischer Verbindungen auf CHO-Zellen, lassen sich nicht allein mit den genannten Wirkmechanismen erklären. Es ist bekannt, daß die Metall-Kohlenstoff-Bindung gespalten werden kann. Somit ist eine Abspaltung der Methylgruppen und eine Übertragung auf die DNA denkbar. Ergebnisse von in-vitro-Untersuchungen beziehen sich fast ausschließlich auf die Konzentration von Chemikalien im Kulturmedium. Es gibt kaum Ergebnisse über die Betrachtung der Konzentration innerhalb von Zellen. Mit analytischen Methoden konnte die intarzelluläre Konzentration an Methylquecksilberchlorid bestimmt werden