Bioaccumulation potential of chemicals is frequently assessed from bioconcentration, conventionally measured according to OECD 305 (Bioaccumulation: Flow-through Fish Test) (OECD,1996) and expressed as Bioconcentration Factor (BCF). These studies deliberately reduce the manifold uptake and elimination mechanisms in aquatic organisms to respiratory absorption via gills and diffusion through the skin (e.g. Arnot and Gobas, 2003; Sijm et al. 2007). Despite the simplifications, testing costs are high and a minimum of 108 fish are consumed in each OECD 305 bioconcentration guideline study (ILSI HESI, 2006). Veröffentlicht in Texte | 15/2011.
A test concept for bioconcentration tests with the freshwater amphipod Hyalella azteca (HYBIT) was recently described. It was shown that the Hyalella bioconcentration factors (BCFs) derived for compounds with different hydrophobic characteristics (log Kow 2.4 – 7.8) show a strong correlation to those from fish tests. This project was carried out to elucidate the suitability of the HYBIT test for testing an extended range of substance classes including difficult to test compounds and, if required, to further enhance the test concept. The bioaccumulation potential of highly lipophilic UV stabilisers and ionic organic PFAS as well as silver, titanium dioxide and gold nanomaterials were tested. The two possible set-ups to conduct bioconcentration studies with H. azteca using a semi-static test set-up or a flow-through approach were applied. The solvent-facilitated and solvent-free application of the hydrophobic test compounds were compared. Due to the difficulties regarding the aqueous exposure of nanomaterials, biomagnification studies were also carried out as part of this project. We could show that the HYBIT approach permits the application of difficult to test compounds and enables to derive bioaccumulation endpoints for regulatory assessment. Due to the shorter exposure periods required, and the smaller experimental units used, the HYBIT approach provides several advantages in comparison to the flow-through fish test. As a non-vertebrate test, the Hyalella bioconcentration (or biomagnification) test may help to further reduce the amount of fish required for the regulatory testing of chemicals. Veröffentlicht in Texte | 134/2022.
Bioconcentration tests with the freshwater amphipod Hyalella azteca (HYBIT) have been proposed as alternatives to fish tests, and the respective experimental BCF values show promising correlations. It is still unclear whether the HYBIT test is also suitable for highly hydrophobic chemicals, such as the UV stabilizers UV-234 and UV-329. In order to estimate the range in which the uptake rate constant k1 would be expected for these substances, a prediction method for k1 in H. azteca was developed. As a result, experimental literature values appear plausible compared to the predicted values within the given uncertainties. The main uncertainties for the prediction are the uncertainty of the determination of the octanol/water partition coefficient and the chemical’s binding to organic matter in water (TOC). Compared to fish tests, HYBIT seems promising for superhydrophobic substances, not only because of the experimental advantages such as smaller experimental units. Veröffentlicht in Texte | 40/2023.
Umweltbundesamt empfiehlt Überprüfung der Kriterien für besonders besorgniserregende Stoffe Im Vorfeld des 3. Treffens der zuständigen Behörden gemäß REACH- und CLP-Verordnung (CARACAL), das am 12. und 13. Oktober 2009 stattfindet, fordert das Umweltbundesamt eine Änderung des Anhangs XIII der REACH-Verordnung, der die Kriterien für die Identifizierung von PBT-/vPvB Stoffen enthält. Mehrere Mitgliedsstaaten vertreten die Auffassung, dass die Kriterien überholt sind und nicht dem aktuellen Stand der Wissenschaft entsprechen und dass sie den wirksamen Schutz von Mensch und Umwelt vor gefährlichen Stoffen gefährden. Zurzeit arbeitet die Europäische Kommission an einem neuen Vorschlag zur Änderung von Anhang XIII. Das deutsche Umweltbundesamt (UBA) befürchtet, dass dieser Prozess enden könnte, ohne die notwendigen Änderungen zur Aktualisierung des Gesetzestextes hervorzubringen. Angesichts der besonderen Bedeutung des Anhangs XIII für den Schutz der menschlichen Gesundheit und der Umwelt bittet das Umweltbundesamt die Kommission nachdrücklich, einen Vorschlag vorzulegen, der den derzeitigen wissenschaftlichen Kenntnisstand berücksichtigt. Persistente, bioakkumulierbare und toxische ( PBT ) und sehr persistente und sehr bioakkumulierbare (vPvB) Stoffe stellen ein langfristig nicht vorhersehbares Risiko für die menschliche Gesundheit und die Umwelt dar. Nach Freisetzung in die Umwelt können die schädlichen Wirkungen dieser Stoffe nicht beseitigt werden. Es bedarf deshalb konsequenter Vorsorgemaßnahmen, um die Freisetzung von PBT-/vPvB-Stoffen zu verhindern und das „hohe Schutzniveau für die menschliche Gesundheit und die Umwelt“ sicherzustellen, das in der REACH-Verordnung als Ziel festgelegt ist (Art. 1 (1)). REACH bezeichnet Chemikalien mit PBT-/vPvB-Eigenschaften als „besonders besorgniserregende Stoffe“ und verlangt, dass die Registranten im Rahmen der Stoffsicherheitsbeurteilung die Stoffe hinsichtlich ihrer PBT-/vPvB-Eigenschaften bewerten. Eine wichtige Aufgabe der Mitgliedsstaaten unter REACH ist es, für besonders besorgniserregende Stoffe die Zulassungspflicht zu initiieren. Voraussetzung für die erfolgreiche Umsetzung dieser Maßnahmen ist es jedoch, dass die Beurteilung der PBT-/vPvB-Eigenschaften auf Grundlage geeigneter PBT-/vPvB-Kriterien durchgeführt wird. Artikel 138 (5) der REACH-Verordnung verpflichtet die Europäische Kommission, die aktuellen Kriterien des Anhangs XIII zu überprüfen. Auf Einladung der Europäischen Kommission kamen 2 Fachleute in zwei Treffen einer Untergruppe der zuständigen Behörden im September und November 2008 zusammen, um die Überarbeitung des Anhangs XIII zu diskutieren. Die Untergruppe erklärte, dass die Kriterien nicht dem jetzigen Stand der Wissenschaft entsprechen und geändert werden müssen. Insbesondere können mit den aktuellen Kriterien nicht alle vorhandenen Informationen genutzt werden. Außerdem geben die jetzigen Kriterien die Eigenschaften, die sie beschreiben sollen, unzureichend wieder. So beschreibt der Begriff „Bioakkumulation“ sowohl die Aufnahme eines Stoffes über das umgebende Umweltmedium (Biokonzentration) als auch die Aufnahme über die Nahrungskette (Biomagnifikation). Das REACH-Kriterium für die Bioakkumulation bezieht sich dagegen nur auf die Biokonzentration in Wasserlebewesen. Stoffe, die sich zwar nicht in Fischen anreichern, doch über die Nahrungskette in Säugetieren akkumulieren, werden durch ihn nicht erfasst. Eines der Ziele bei der Regulierung von PBT-/vPvB-Stoffen ist der Schutz unberührter Gebiete. Deshalb sollte bei der Bewertung von PBT-/vPvB-Eigenschaften der Ferntransport eines Stoffes berücksichtigt werden, um zu ermitteln, ob der Stoff in der Lage ist, sich in weit entfernten Gebieten anzureichern. Im aktuellen Anhang XIII ist diese Eigenschaft nicht enthalten, deren Aufnahme auch zur Erfüllung der Anforderungen des Stockholmer Übereinkommens über persistente organische Schadstoffe ( POP -Konvention) erforderlich ist. Auf dem Treffen der zuständigen Behörden im Dezember 2008 legte die Europäische Kommissionm einen Vorschlagsentwurf für eine Änderung des Anhangs XIII vor, der die Kriterien unverändert beließ und nur geringfügige Verbesserungen einbrachte. Die Mehrheit der zuständigen Behörden der Mitgliedsstaaten äußerte sich ernsthaft besorgt darüber, dass der Änderungsvorschlag unzureichend ist, und forderte die Kommission auf, den Empfehlungen der Experten-Untergruppe zu folgen. Daraufhin erklärte die Kommission, dass sie den Entwurf überarbeiten und einen neuen Vorschlag vorlegen würde. Seitdem liegen keine weiteren Informationen über die Aktivitäten der Kommission zur Überarbeitung von Anhang XIII vor, obgleich die zuständigen Behörden der Mitgliedsstaaten als auch Verbände in Schreiben an die Kommission ihre Besorgnis über das Problem zum Ausdruck brachten und die Kommission baten, über den Fortgang der Arbeiten zu berichten.
Kürzlich wurde ein Testkonzept für Biokonzentrationstests mit dem Süßwasserflohkrebs H.azteca (HYBIT) beschrieben. Dabei wurde gezeigt, dass Biokonzentrationsfaktoren (BCFs), diefür Verbindungen mit unterschiedlichen hydrophoben Eigenschaften ermittelt wurden(log Kow 2,4 - 7,8), eine starke Korrelation zu denen aus Fischtests aufweisen. Das diesemBericht zu Grunde liegende Projekt wurde durchgeführt, um die Eignung des HYBIT-Tests zurPrüfung eines erweiterten Kreises von Substanzklassen einschließlich solcher, die schwer zutesten sind, zu untersuchen und erforderlichenfalls das Testkonzept entsprechend zu erweitern.Das Bioakkumulationspotential von hoch lipophilen UV-Stabilisatoren und ionischenorganischen PFAS-Verbindungen sowie Silber-, Titandioxid- und Goldnanomaterialien wurdegetestet. Die zwei möglichen Ansätze zur Durchführung von Biokonzentrationsstudien mit H.azteca unter Verwendung eines semistatischen Testaufbaus oder eines Durchflussansatzeswurden angewendet. Der Einsatz von Lösungsvermittlern und die lösungsmittelfreieApplikation der hydrophoben Testverbindungen wurden verglichen. Wegen der Schwierigkeitenbei der wässrigen Exposition von Nanomaterialien wurden im Rahmen dieses Projekts auchBiomagnifikationsstudien durchgeführt. Wir konnten zeigen, dass der HYBIT-Ansatz die Testungschwer zu applizierender Substanzen ermöglicht und die Ermittlung regulatorischer Endpunktefür die Bioakkumulationsbewertung zulässt. Aufgrund der kürzeren Expositionszeiten und derkleineren verwendeten Versuchseinheiten bietet der HYBIT-Ansatz mehrere Vorteile gegenüberdem Durchfluss-Fischtest. Als Nicht-Wirbeltier-Test kann der Hyalella-Biokonzentrationstest(bzw. Biomagnifikationstest) dazu beitragen, die für die behördlichen Tests von Chemikalienerforderliche Fischmenge weiter zu reduzieren. Quelle: Forschungsbericht
Das Projekt "Eignung der Solid-Phase Micro Extraction-Methode (SPME) im Test auf Biokonzentration im Fisch nach OECD Nr. 305" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie durchgeführt. Möglichkeiten und Grenzen des Extraktionsverfahrens SPME sollen aufgezeigt und die Einsatzmöglichkeit in biologischen Testsystemen diskutiert werden. Besonderes Augenmerk liegt hierbei auf dem Test auf Biokonzentration am Fisch nach OECD 305.
Das Projekt "Fate of 17-ethinylestradiol in the aqueous environment and the associated effects on organisms" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Umweltforschung, Biologie V, Lehrstuhl für Umweltbiologie und -chemodynamik durchgeführt. Introduction: In aquatic systems, the bioavailability of a compound is dependent on numerous factors such as partitioning between water, different organisms and solids, biotransformation and food web transfer. This project dealt with the fate of an important environmental xeno-estrogen, 17-ethinylestradiol (EE2), in the aquatic environment. Therefore, the kinetics of EE2 in indicator species representing the different trophic levels of an ecosystem were assessed. As primary producers, green algae (Desmodesmus suspicatus) were selected. The water flea Daphnia magna and larvae of the midge Chironomus riparius were introduced as primary consumers of the water phase and the sediment, respectively. Finally, water as well as dietary uptake of EE2 were investigated in a target species and secondary consumer: zebrafish (Danio rerio). Methodology: In a first series of experiments, uptake of 14C-labelled EE2 (14C-EE2) from the water phase and elimination by the different organisms were investigated over time. In a second test series, both primary consumers were fed 14C-EE2 spiked algae in order to study bioaccumulation. Uptake of 14C-EE2 by chironomid larvae after water and sediment spiking was compared, including sediments of different composition. In a third series of experiments, male fish were short term (48 h) exposed to 14C-EE2 through different routes: by water exposure (WE) and by dietary exposure (DE) via both contaminated daphnids and chironomid larvae. Distribution of 14C-EE2 in the fish was studied by measuring the amount of radioactivity (RA) in the different fish tissues. Additionally, the effect of EE2 on the vitellogenin (Vtg) induction in male fish was compared after WE and DE in a long term (14 d) experiment. The RA in liquid samples was quantified by means of liquid scintillation counting (LSC). Solid samples were subjected to combustion in a biological oxidiser, trapping (14)CO2, measured with LSC. Water and organism extracts were analysed by means of HPLC with a radiodetector, except for algae extracts that were subjected to TLC. Metabolites were identified with GC-MS, high resolution LC-MS and enzymatic hydrolysis followed by HPLC with radiodetection. Metabolites, detected in the water phase, were tested for estrogenic activity by means of YES and ER-CALUX assays. Results: Accumulation and effects: Of the four organisms mentioned above, bioconcentration of 14C-EE2 was highest in the algae. Whereas the growth rate of D. subspicatus was significantly affected at high EE2 concentrations compared to unexposed algae, EE2 had no acute effects on D. magna and C. riparius. Daphnids showed a higher bioaccumulation potential after exposure via spiked algae. For chironomids, water exposure was the predominant uptake route. The presence of sediment lowered the bioavailability of 14C-EE2 to the larvae after both water and sediment spiking. Nevertheless, uptake was higher when the nutritional quality of the sediment was better. Etc.
Das Projekt "Entwicklung eines Bioakkumulationstests mit Hyalella azteca" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie durchgeführt. Ein Indikator für die Anreicherung von Chemikalien in Biota ist der Biokonzentrationsfaktor, der üblicherweise mittels Versuchen an Fischen ermittelt wird. Für jede Substanz werden über 100 Fische benötigt. Biokonzentrationsversuche mit dem Mexikanischen Flohkrebs (Hyalella azteca) liefern sehr ähnliche Ergebnisse und können daher zu einem gewissen Grad die Fischversuche ersetzen. Für den regulären Einsatz in der Stoffbewertung, z.B. unter REACH, müssen die Möglichkeiten und Grenzen der Vergleichbarkeit besser untersucht und der Test zu einer OECD Testrichtlinie weiterentwickelt werden. Dies soll mit dem hier beschriebenen Vorhaben unterstützt werden. Zu klären ist z.B., ob der Test auch zur Bewertung des Bioakkumulationspotentials von ionisierbaren Stoffen geeignet ist. Zusätzlich wird untersucht, ob der Test auch für die Untersuchung des Bioakkumulationspotentials von Nanomaterialien geeignet ist. Ziel ist die Weiterentwicklung des Testsystems, Mitarbeit bei der Erarbeitung eines Entwurfs für eine Testrichtlinie, die Unterstützung und Auswertung eines internationalen Ringtests und die Untersuchung der Anwendbarkeit und der Grenzen des Testsystems, indem weitere, z.B. ionisierbare Substanzen getestet werden. Anschließend kann der Testrichtlinienentwurf der OECD vorgeschlagen werden. Es wird eine Grundlage für die Vergleichbarkeit von Biokonzentrationsdaten für Fisch und Mexikanischen Flohkrebs geschaffen. Auf dieser Grundlage wird entschieden, in welchem Umfang auf Tests an Vertebraten verzichtet werden kann ohne an Genauigkeit der Aussage zu verlieren.
Das Projekt "Bilocation - Mechanistic approach for estimating and modeling the bioconcentration potential of charged and ionogenic organic chemicals via in vitro, in vivo and in silico methods" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Wasserchemie, Professur für Hydrochemie und Wassertechnologie durchgeführt. Bioaccumulation is of highest concern for environmental risk assessment of chemicals. Generally, the experimental measurement of bioaccumulation is time-consuming, expensive, and due to ethical concerns regarding animal welfare not feasible for large sets of chemicals. Thus, prediction models - mainly based on easily determinable physicochemical properties such as the octanol-water partition coefficient - are used for the risk assessment. The existing prediction models are applicable to hydrophobic and polar organic chemicals; however, they often give inappropriate and inaccurate results for ionogenic compounds and permanently charged organic chemicals. This is due to the fact that classical bioaccumulation models neither sufficiently consider ion-macromolecule interactions nor interactions of cations and anions in solution - both strongly influencing the transport, uptake and bioavailability of ions. The German Research Foundation (DFG) and National Science Centre (NCN) are supporting a Polish-German project between the University of Gdansk (Prof. Piotr Stepnowski) and the Technische Universität Dresden. Main aim of our proposed project is to understand and predict the interactions of organic ions, and ion pairs in particular, with biological systems and their consequences in terms of bioaccumulation. Therefore a mechanistic approach applying several in vitro tests such membrane and storage lipid partitioning and protein binding is employed to achieve comprehensive data sets of charged and ionogenic compounds.
Das Projekt "Revision der Prüfmethode OECD 305: Bioconcentration: flow-through fish test zur verbesserten Identifizierung von PBT-Stoffen und zur Reduzierung der eingesetzten Versuchstiere" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie durchgeführt. Ausgangslage/Zielstellung/Methodik des Vorhabens: Die OECD-Richthinie 305 (Flow-Through Fish Test) von 1996 bedarf wegen der zwischenzeitlichen Weiterentwicklung der wissenschaftlichen Grundlagen einer Überarbeitung um sicherzustellen, dass die harmonisierte Bewertung von Chemikalien diesem Stand der wissenschaftlichen Kenntnisse angepasst wird und im Vollzug zu adäquaten Entscheidungen führt. Darüber hinaus soll die Zahl von Tierversuchen reduziert werden, D, NL und UK haben diese Aufgabe gemeinsam übernommen. Ziel ist 1. die Überarbeitung des derzeitigen Flow-through Fish Tests dahingehend, dass weniger Fische benötigt werden (Tierschutzrelevanz) und 2. die Erarbeitung eines zusätzlichen Testprotokolls für eine Exponierung von Fischen für das Futter. Dies wird insbesondere für solche Stoffe benötigt, die aufgrund ihrer sehr geringen Wasserlöslichkeit nicht valide mit dem bisherigen Test getestet werden konnten. Insbesondere sind dies viele Industriechemikalien, die im Verdacht stehen, bioakkumulierend zu sein (PBT-Verdachtsstoffe). PBT-Stoffe sind unter REACH zulassungsbedürftig, weil von ihnen besonders große Umweltgefährdung ausgeht. Die derzeitigen Anforderungen der Prüfrichtlinie müssen auf der Grundlage der durchzuführenden Tests so überarbeitet werden, dass die neue Richtlinie auf möglichst viele Stoffgruppen anwendbar ist. Das überarbeitete und erweiterte Testprotokoll wird in einem weiteren Schritt experimentell validiert, um die Voraussetzung zu schaffen, dass es als OECD-Richtlinie anerkannt werden kann.