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Umweltprobenbank: Auf Spurensuche im Umweltarchiv Deutschlands

Neue Webanwendung gibt umfassend Auskunft Hat sich seit dem Verbot von Bleibenzin die Belastung von Mensch und Umwelt mit Blei verringert? Weshalb ist in Fischen aus dem Unterlauf des Rheins keine nachhaltige Abnahme der PCB-Gehalte zu beobachten? Und wie verhält es sich mit den Quecksilberkonzentrationen in Fichtentrieben, Möweneiern und Brassen? Die Umweltprobenbank des Bundes (UPB), ein Archiv der Umweltqualität Deutschlands, gibt der Öffentlichkeit umfassend Auskunft. Seit 1981 werden Umwelt- und Humanproben gesammelt, auf umweltrelevante Stoffe analysiert und dauerhaft eingelagert. Inzwischen sichert das Archiv rund 200.000 Human-Einzelproben und etwa 350.000 Teilproben aus dem Umweltbereich. Mit der neuen Webanwendung unter www.umweltprobenbank.de erhalten interessierte Bürgerinnen und Bürger, die wissenschaftliche Fachwelt sowie Politik und Verwaltung einen benutzerfreundlichen und übersichtlichen Zugang zu den Themen und erhobenen Daten der UPB: Die Umweltprobenbank wird seit mehr als 30 Jahren vom Umweltbundesamt (⁠ UBA ⁠) im Auftrag des Bundesumweltministeriums betrieben und bildet ein zentrales Element der Umweltbeobachtung in Deutschland. Hierfür werden in sechs verschiedenen Ökosystemtypen 13 typische Gebiete - von Küstenregionen über Ballungsräume bis hin zur Gebirgsregionen - regelmäßig beprobt. Bei den Umweltproben wird darauf geachtet, Vertreter unterschiedlicher Stufen der Nahrungskette auszuwählen - zum Beispiel Alge - Muschel - Fisch - Möwe. Hinzu kommen Boden- und Schwebstoffproben. Studierende der Universitätsstädten Münster, Halle, Greifswald und Ulm spenden der UPB jedes Jahr Blut- und Urinproben. Die Proben von gestern mit den Methoden von morgen analysieren. Die repräsentativen Umwelt- und Humanproben werden zum Teil seit 1981 veränderungsfrei bei Temperaturen um -150 ºC respektive -85 ºC aufbewahrt. Sie erlauben retrospektive Trendanalysen auch für Stoffe, die bei der Probennahme noch gar nicht bekannt waren, für die es kein Nachweisverfahren gab oder fälschlicherweise als ungefährlich galten. Damit liefert dieses Archiv der ökologischen und toxikologischen Beweissicherung dem Bundesumweltministerium eine wissenschaftliche Grundlage, um Maßnahmen im Umwelt- und Naturschutz ergreifen und ihren Erfolg kontrollieren zu können. Die Ergebnisse der Umweltprobenbank basieren auf der langjährigen Zusammenarbeit des UBA mit seinen Partnern Universitätsklinikum Münster, Fraunhofer Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie, Fachbereich Geowissenschaften der Freien Universität Berlin, Fachbereich VI Biogeographie der Universität Trier und Eurofins GfA GmbH, Hamburg. Eine öffentliche Webanwendung der UPB gibt es bereits seit 2000. Der neue Auftritt setzt diese Tradition in erweiterter Form und zeitgemäßer Umsetzung fort. 19.04.2010

Umweltprobenbank des Bundes

Dieser Bericht fasst die wesentlichen Arbeiten der Umweltprobenbank des Bundes im Jahr 2021 zusammen. Die Umweltprobenbank des Bundes unterstützt die Umsetzung des Vorsorgeprinzips mit einer wissenschaftlichen Infrastruktur, einer umfassende Datenbasis zur Bestimmung und Bewertung des Ist-Zustandes der Umwelt und einer langfristigen Beobachtung der in der Umwelt stattfindenden chemischen, physikalischen und biologischen Entwicklungsprozesse. Dafür sammeln Fachleute Humanproben ausgewählter Standorte gemeinsam mit ökologisch repräsentativen Umweltproben, archivieren sie bei tiefkalten Temperaturen und führen Untersuchungen auf gesundheits- und umweltrelevante Stoffe durch. Auf diese Weise wird auch eine Kontrolle der Wirksamkeit umweltpolitischer Maßnahmen möglich, beispielsweise bei Beschränkungen der Verwendung von Stoffen. Veröffentlicht in Texte | 119/2022.

Umweltprobenbank des Bundes

Dieser Bericht fasst die wesentlichen Arbeiten der Umweltprobenbank des Bundes im Jahr 2020 zusammen. Die Umweltprobenbank des Bundes unterstützt die Umsetzung des Vorsorgeprinzips mit einer wissenschaftlichen Infrastruktur, einer umfassende Datenbasis zur Bestimmung und Bewertung des Ist-Zustandes der Umwelt und einer langfristigen Beobachtung der in der Umwelt stattfindenden chemischen, physikalischen und biologischen Entwicklungsprozesse. Dafür sammeln Fachleute Humanproben ausgewählter Standorte gemeinsam mit ökologisch repräsentativen Umweltproben, archivieren sie bei tiefkalten Temperaturen und führen Untersuchungen auf gesundheits- und umweltrelevante Stoffe durch. Auf diese Weise wird auch eine Kontrolle der Wirksamkeit umweltpolitischer Maßnahmen möglich, beispielsweise bei Beschränkungen der Verwendung von Stoffen. Veröffentlicht in Texte | 01/2022.

Umweltprobenbank liefert wichtige Daten für politische Entscheidungen

Gemeinsame Pressemitteilung von Umweltbundesamt und Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit Bundesumweltministerin Barbara Hendricks und UBA-Präsidentin Maria Krautzberger besuchen den Laborwagen des Fraunhofer-Instituts Der Bund betreibt seit den achtziger Jahren eine der weltweit größten und ältesten Umweltprobenbanken. Sie umfasst Human- und Umweltproben. Bundesumweltministerin Barbara Hendricks: „So können wir die Schadstoffbelastung der Bevölkerung dokumentieren und beobachten, wie sie sich im Laufe der Zeit verändert. Die Probenbank liefert uns damit wichtige Daten für umweltpolitische Entscheidungen.“ Die Humanproben werden jährlich an vier Orten in Deutschland gesammelt und in der Nähe von Münster tiefgefroren eingelagert. Bundesministerin Barbara Hendricks und die Präsidentin des Umweltbundesamtes (⁠ UBA ⁠), Maria Krautzberger, haben heute die Umweltprobenbank des Bundes aus Anlass der jährlichen Probenahme in Münster besucht. In einem hochmodernen, mobilen Labor des Fraunhofer-Instituts für Biomedizinische Technik werden Humanproben von jungen Erwachsenen genommen. Barbara Hendricks: „Die Untersuchungsreihen der Umweltprobenbank geben uns Auskunft über die Entwicklung von Schadstoffbelastungen. Nehmen sie zu – nehmen sie ab? Die Ergebnisse können dann die Verwendung einer Chemikalie in Frage stellen und die Politik zum Handeln auffordern. Wir erfahren auch, ob Maßnahmen zur Reduktion einer Belastung erfolgreich waren. Wie wirksam war ein Verbot? Wie sehr hat die Aufklärung der Verbraucherinnen und Verbraucher oder eine freiwillige Maßnahme der Industrie gegriffen? Auf all diese Fragen liefert die Umweltprobenbank Antworten.“ Eine weitere wichtige Datenquelle ist der neue Umweltsurvey, die „Deutsche Umweltstudie zur Gesundheit – German Environmental Survey (GerES)“, die gerade begonnen wurde. Sie fokussiert auf aktuelle Belastungen von Kindern und Jugendlichen durch Umweltweinflüsse. Dazu untersucht das UBA Trinkwasser, Morgenurin, Blut, Hausstaub und Luftproben auf Umweltschadstoffe wie Schwermetalle, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, Weichmacher aus Kunststoffen oder Lösungsmittel. UBA-Präsidentin Maria Krautzberger: „Wer heute in Deutschland geboren wird, hat bessere Chancen auf ein langes und gesundes Leben als je zuvor. Dennoch kann eine belastete Umwelt krank machen. Es gibt ernste Hinweise, dass Allergien immer häufiger auftreten und das Risiko für Brust- oder Hodenkrebs gestiegen ist. Wir wollen die dafür verantwortlichen Umwelteinflüsse aufspüren und minimieren. Die GerES-Studie hilft uns so, Kinder und Jugendliche noch besser vor Gefahren durch Chemikalien zu schützen. Erstmals erheben wir auch Daten über bisher nicht im menschlichen Organismus messbare Chemikalien wie die Ersatzstoffe für fortpflanzungsschädigende Weichmacher oder Lösungsmittel.“

The Environmental Specimen Bank for Human Tissues as part of the German Environmental Specimen Bank

Wiesmüller, G.A.; Eckard, R; Dobler, L.; Günsel, A.; Oganowski, M.; Schröter-Kermani, C.; Schlüter, C.; Gies, A.; Kemper, F. H. International Journal of Hygiene and Environmental Health 210 (2007), 3-4, 299-305 The German Environmental Specimen Bank for Human Tissues (ESBHum) as part of the German Environmental Specimen Bank (ESB) focuses on documenting and assessing trends of human exposure via real-time-monitoring of body burden and long-term storage of samples under stable deep freezing conditions (-150°C) for later retrospective analyses. Real-time monitoring is performed after completing sampling processes of one year and covers actually 20 inorganic and 5 organic substances. While concentrations of several substances, e.g., arsenic, cadmium and mercury, are remained unchanged over time, other substances, e.g., lead and pentachlorophenol (PCP), show a clearly perceptible decrease. Substances which are not routinely analyzed in real-time-monitoring are retrospectively measured by indication in the stored human specimens. Indications of retrospective monitoring are availability of valid analytical methods, e.g., in case of PCDF and PCDD, or assessment of concentration trends of substances with actual interest of toxicology and/or environmental medicine, e.g., polybrominated diphenyl ethers (PBDE), perfluorooctane sulfonate (PFOS) and perfluorooctanoic acid (PFOA). While over time the body burden of dioxins as well as PFOS and PFOA decreased, the PBDE concentrations in human blood increase. The observed decrease of blood lead and PCP levels over time is a consequence of legal prohibition and restriction. The time-dependent concentrations of the aforementioned substances agree with results of other national studies. So it can be concluded that the German ESBHum is an important instrument for health-related environmental observation and protection in Germany. doi:10.1016/j.ijheh.2007.01.036

Discovering time-trends of the German populations exposure to contaminants by analysis of human samples of the German Environmental Specimen Bank (ESB)

Göen, Thomas; Lermen, Dominik; Hildebrand, Jörg; Bartel-Steinbach, Martina; Weber, Till; Kolossa-Gehring, Marike Toxicology Letters (2018), online 12.Juni 2018 The German Environmental Specimen Bank (ESB) is a monitoring instrument of the German Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety. The permanent biobank facility is run since 1981 containing environmental and human samples from Germany. All samples are collected according to standard operating procedures (SOP). An annually standardized collection of human samples at four different regional sites of the country has been established since 1997. Routine sampling is done once a year, recruiting healthy non occupationally exposed students aged 20-29 years, in an equal gender distribution. The number of participants recruited is approximately 120 students per site and year. Directly after the annual sampling process, the human samples are analyzed for selected environmental chemicals. The time-trends of lead in blood, mercury and pentachlorophenol in 24 h-urine and polychlorinated biphenyls in plasma demonstrated a decrease of exposure during the last two decades by about 40-90 percent. In parallel retrospective studies using cryo-archived samples revealed increasing time trends of emerging chemicals used as substitutes for regulated toxicants. The data demonstrates the great relevance of the ESB for the health related environmental monitoring and shows the importance of  human biomonitoring as a tool in information based policy making. doi:10.1016/j.toxlet.2018.06.007

A New Approach to Standardize Multicenter Studies: Mobile Lab Technology for the German Environmental Specimen Bank

Lermen, Dominik; Schmitt, Daniel; Bartel-Steinbach, Martina; Schröter-Kermani, Christa; Kolossa-Gehring, Marike; von Briesen, Hagen; Zimmermann, Heiko PLoS ONE 9 (2014), 8, e105401. doi:10.1371/journal.pone.0105401 Technical progress has simplified tasks in lab diagnosis and improved quality of test results. Errors occurring during the pre-analytical phase have more negative impact on the quality of test results than errors encountered during the total analytical process. Different infrastructures of sampling sites can highly influence the quality of samples and therewith of analytical results. Annually the German Environmental Specimen Bank (ESB) collects, characterizes, and stores blood, plasma, and urine samples of 120-150 volunteers each on four different sampling sites in Germany. Overarching goal is to investigate the exposure to environmental pollutants of non-occupational exposed young adults combining human biomonitoring with questionnaire data. We investigated the requirements of the study and the possibility to realize a highly standardized sampling procedure on a mobile platform in order to increase the required quality of the pre-analytical phase. The results lead to the development of a mobile epidemiologic laboratory (epiLab) in the project Labor der Zukunft (future’s lab technology). This laboratory includes a 14.7 m 2 reception area to record medical history and exposure-relevant behavior, a 21.1 m 2 examination room to record dental fillings and for blood withdrawal, a 15.5 m 2 biological safety level 2 laboratory to process and analyze samples on site including a 2.8 m 2 personnel lock and a 3.6 m2 cryofacility to immediately freeze samples. Frozen samples can be transferred to their final destination within the vehicle without breaking the cold chain. To our knowledge, we herewith describe for the first time the implementation of a biological safety laboratory (BSL) 2 lab and an epidemiologic unit on a single mobile platform. Since 2013 we have been collecting up to 15.000 individual human samples annually under highly standardized conditions using the mobile laboratory. Characterized and free of alterations they are kept ready for retrospective analyses in their final archive, the German ESB. doi: 10.1371/journal.pone.0105401

Workshop of the German Environmental Specimen Bank on monitoring of priority pollutants and emerging substances in sewage sludge

Rüdel, Heinz; Weinfurtner, Karlheinz; Koschorreck, Jan Environ Sci Pollut Res 17 (2010), 5, 1183-1185 Konferenz Bericht: Schmallenberg, Deutschland, 24.-25. Juni  2009 Each monitoring study examines only one fraction of the pollutants in a sample, mostly a spectrum of currently interesting compounds. Therefore, each monitoring ideally should be combined with an archiving of the samples. This would later allow a retrospective monitoring of such substances that seemed to not be relevant for the current investigations, or for which no validated analytical methods were available. Due to such considerations, an environmental specimen bank (ESB) was established in Germany (Umweltprobenbank (UPB)). It is based on a regular and standardized collection of representative samples that are archived for future investigations. Examples of retrospective monitoring investigations and the application of their results for risk assessment of chemicals are already documented for biota samples as well as for human specimens retrieved from the UPB archive. Today, major inputs into the environment occur via the wastewater path by sewage treatment plants (STP). Thus, several investigations were accomplished recently to characterize the contaminant pattern of STP sludges. Sludges may also be potential sample material for an ESB. On behalf of the UPB group of the German Federal Environment Agency (UBA), a workshop was organized to share experiences with experts from sludge monitoring programs, to balance the current state of research on the methodology and to discuss the need for sludge investigations for chemicals risk assessment. More than 30 scientists attended the workshop at Fraunhofer IME in Schmallenberg in June 2009, and 11 participants presented their results and ideas for discussion. doi: 10.1007/s11356-010-0336-9 Zum Konferenzbericht in Deutsch

Einrichtung der Umweltprobenbank des Bundes

Bereits Anfang der 70er Jahre des 20. Jahrhunderts schlugen deutsche und amerikanische Wissenschaftler eine Archivierung von Umweltproben vor. Nach ersten Diskussionen zwischen Wissenschaftlern unterschiedlicher Fachrichtungen fanden 1977 und 1978 internationale Tagungen über das Konzept von Umweltprobenbanken und die Auswahl von Bioindikatoren statt. Schließlich erbrachte ein 1979 begonnenes den Nachweis, dass die Errichtung einer Umweltprobenbank möglich ist. Ende 1980 wurde dann an der Universität Münster die Bank für Humanproben errichtet. Im Mai 1981 ging im Forschungszentrum Jülich die Bank für Umweltproben in den Probebetrieb. Aufgrund der positiven Ergebnisse des Pilotprojekts beschloss das BMI ab Januar 1985 eine Umweltprobenbank des Bundes als eine Daueraufgabe des Bundes unter der Koordinierung des Umweltbundesamtes einzurichten. 1986 übernahm das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) die Gesamtverantwortung.

Health-related Environmental Monitoring in Germany: German Environmental Survey (GerES) and Environmental Specimen Bank (ESB)

Kolossa-Gehring, Marike; Becker, Kerstin; Conrad, André; Schröter-Kermani, Christa; Schulz, Christine; Seiwert, Margarete In: Knudsen, Lisbeth; Merlo, Domenico F. (Eds): Biomarkers and Human Biomonitoring Volume 1: Ongoing Programs and Exposures, RSC Publishing, Cambridge, UK (2012), 16-45 The German human biomonitoring system on a national level consists of two main instruments: the German Environmental Survey and the Environmental Specimen Bank. The German Environmental Survey (GerES) is a nationwide population study which has been carried out repeatedly in Germany since the mid-1980s. Human biomonitoring data are representative for people living in Germany with regard to age, gender and community size. The GerES I for adults was carried out in 1985/1986 (West Germany), followed by GerES IIa in 1990/91 (West Germany) and GerES IIb in 1991/92 (East Germany). In GerES II, the children of participating parents were also included. In 1998, GerES III for adults was conducted in the reunified Germany. GerES IV (2003/2006) focused exclusively on children. To elucidate exposure pathways and thus support the development of measures to reduce exposure, GerES uses three main instruments: human biomonitoring, ambient monitoring, and questionnaires. GerES I–IV have been conducted in close co-operation with the concurrent National Health Interview and Examination Surveys performed by the Robert Koch Institute, Berlin. The Environmental Specimen Bank (ESB) started routine operation in 1985. Human specimens are taken annually from students at four German university towns, archived as individual samples, and stored at temperatures below –150 °C. After more than two decades of operation the ESB now provides a continuous historical record of the state of exposure of humans and the environment in Germany for this period, thus supplying samples for retrospective monitoring of emerging pollutants, and the identification of temporal trends and spatial load differences. doi:10.1039/9781849733373-00016

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