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s/loael/NOAEL/gi

Better define beta-optimizing MDD (minimum detectable difference) when interpreting treatment-related effects of pesticides in semi-field and field studies

The minimum detectable difference (MDD) is a measure of the difference between the means of a treatment and the control that must exist to detect a statistically significant effect. It is a measure at a defined level of probability and a given variability of the data. It provides an indication for the robustness of statistically derived effect thresholds such as the lowest observed effect concentration (LOEC) and the no observed effect concentration (NOEC) when interpreting treatment-related effects on a population exposed to chemicals in semi-field studies (e.g., micro-/mesocosm studies) or field studies. MDD has been proposed in the guidance on tiered risk assessment for plant protection products in edge of field surface waters (EFSA Journal 11(7):3290, 2013), in order to better estimate the robustness of endpoints from such studies for taking regulatory decisions. However, the MDD calculation method as suggested in this framework does not clearly specify the power which is represented by the beta-value (i.e., the level of probability of type II error). This has implications for the interpretation of experimental results, i.e., the derivation of robust effect values and their use in risk assessment of PPPs. In this paper, different methods of MDD calculations are investigated, with an emphasis on their pre-defined levels of type II error-probability. Furthermore, a modification is suggested for an optimal use of the MDD, which ensures a high degree of certainty for decision-makers. © 2020 Springer Nature Switzerland AG

An alternative approach to overcome shortcomings with multiple testing of binary data in ecotoxicology

Binary data such as survival, hatching and mortality are assumed to be best described by a binomial distribution. This article provides a simple and straight forward approach for derivation of a no/lowest observed effect level (NOEL/LOEL) in a one-to-many control versus treatments setup. Practically, NOEL and LOEL values can be derived by means of different procedures, e.g. using Fisher̷s exact test in coherence with adjusted p values. However, using adjusted p values heavily decreases statistical power. Alternatively, multiple t tests (e.g. Dunnett test procedure) together with arcsin-square-root transformations can be applied in order to account for variance heterogeneity of binomial data. Arcsin-square-root transformation, however, violates normal distribution because transformed data are constrained, while normal distribution provides data in the range (-8,8). Furthermore, results of statistical tests relying on an approximate normal distribution are approximate too. When testing for trends in probabilities of success (probs), the step down CochranŃArmitage trend test (CA) can be applied. The test statistic used is approximately normal. However, if probs approach 0 or 1, normal approximation of the null-distribution is suboptimal. Thus, critical values and p values lack statistical accuracy. We propose applying the closure principle (CP) and FisherŃFreemanŃHalton test (FISH). The resulting CPFISH can solve the problems mentioned above. CP is used to overcome a-inflation while FISH is applied to test for differences in probs between the control and any subset of treatment groups. Its applicability is presented by means of real data sets. Additionally, we performed a simulation study of 81 different setups (differing numbers of control replicates, numbers of treatments etc.), and compared the results of CPFISH to CA allowing us to point out the advantages and disadvantages of the CPFISH. Quelle: linkspringer.com

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Frankfurt am Main, Institut für Ökologie, Evolution und Diversität, Abteilung Aquatische Ökotoxikologie durchgeführt. Schwerpunkte der 'Wirkungs- und Gefährdungsanalyse' bilden ökotoxikologische Fragestellungen sowie die Charakterisierung und Analyse von Gefährdungspotentialen in limnischen Systemen durch Einträge von Plastik. Untersuchungsgegenstand sind unterschiedliche Plastikspezies aus den Bereichen (a) 'konventionelle', synthetische Kunststoffe, (b) Rezyklate und (c) biobasierte Kunststoffe. Diese werden in Partikelform sowohl in gealtertem als auch nicht gealtertem Zustand untersucht. Relevante de- bzw. adsorbierende und auslaugende Substanzen werden gesondert analysiert. Für diverse Kunststoffspezies wird die ökotoxikologische Datenlage über Literaturrecherche analysiert. Sofern diese Daten ausreichen, wird auf deren Basis die Ökotoxizität der freigesetzten sowie ad-/desorbierten Substanzen beurteilt. Datenlücken werden durch eigene In-vitro-Testung geschlossen. Als wesentliche Wirkprinzipien werden dabei erfasst: (a) endokrine Wirkpotentiale über rekombinante Reportergenassays mit Hefen, (b) mutagene Aktivitäten über den Ames-Fluktuationstest sowie (c) zytotoxische Wirkungen mit Leuchtbakterien. Einzelne Substanzen, bei denen sich in vitro ein besonders hohes Wirkpotential zeigt, werden zusätzlich mit Hilfe standardisierter, chronischer In-vivo-Tests analysiert. Für die In-vivo-Tests werden die NOEC oder EC10 als ökotoxikologische Wirkschwellen ermittelt, um damit die Ableitung einer PNEC bzw. der EQS für die untersuchten Substanzen zu ermöglichen. Zusätzlich werden Kunststoffpartikel mit Hilfe von In-vivo-Tests auf ihre ökotoxikologischen Effekte in standardisierten und neu entwickelten chronischen Biotests untersucht. Diese Untersuchungen werden mit tierischen Organismen durchgeführt, wobei unterschiedliche Ernährungstypen berücksichtigt werden. Als Endpunkte werden apikale Effekte auf Wachstum, Entwicklung und Fortpflanzung erfasst. Effekte eines möglichen Nahrungskettentransfers von Mikroplastikpartikeln werden in einfachen Räuber-Beute-Systemen im Labor untersucht.

Herstellung, Charakterisierung und anwendungstechnische Untersuchung neuer polymerer Materialien aus der Spaltung pflanzlicher Öle mit Hilfe neuer Enzymsysteme (NOEL) - Teilvorhaben 1: Anwendungsuntersuchungen

Das Projekt "Herstellung, Charakterisierung und anwendungstechnische Untersuchung neuer polymerer Materialien aus der Spaltung pflanzlicher Öle mit Hilfe neuer Enzymsysteme (NOEL) - Teilvorhaben 1: Anwendungsuntersuchungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie durchgeführt. Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung Enzym-gestützter Technologien für die Wert-steigernde Konversion von preiswerten, ungesättigten Fettsäuren zu funktionalisierten Lipid-basierten Chemikalien, verwendbar in Beschichtungen, in Klebstoffen, Schmierstoffen, Weichmachern und bio-basierten Kunststoffen. Ein multidisziplinärer Projektansatz durch Kombination von biotechnologischer Expertise und technischer Chemie und Polymertechnologie wurde zur Lösung der Aufgaben gewählt Zusätzlich wurden neue Analysenmethoden für die Charakterisierung von generierten Chemikalien integriert. Die spezifischen Ziele des Projektes sind das Auffinden und die Produktion von neuen Enzymen, mit der Hauptaktivität ungesättigte Fettsäuren zu reaktiven Zwischenprodukten umzusetzen, und diese Zwischenprodukte zu Lipid-basierten Chemikalien zu konvertieren. Am Ende werden die technische und ökonomische Machbarkeit der entwickelten Prozesse und generierten Produkte betrachtet. Die Entwicklung neuer, umweltfreundlicher Technologien für die Verwertung von üppigen Lipidquellen für neue stoffliche Anwendungen hat ein hohes geschäftliches Potential. Das Projekt soll die stoffliche Basis der europäischen Fettchemischen Industrie merklich ausweiten. Die Aufgaben des Fraunhofer ICT im Teilprojekt 1 fokussieren auf die chemische Charakterisierung der Zwischenprodukte der enzymatischen Prozesse an Pflanzenölen und ungesättigten Fettsäuren, auf die Anpassung der ökonomischen Trenntechniken sowie auf die Synthese von Endprodukten (Polymeren) und ihrer Eigenschaften. Das Fh-ICT wird Reaktionsprodukte des biotechnologischen Prozesses abtrennen und fraktionieren in AP 4. Betrachtet werden in diesem Rahmen Industrierelevante Aspekte, Machbarkeit und Ökonomie. In AP 5 sind die Aktivitäten auf die Entwicklung marktfähiger Polymerprodukte (Kleber, Harze) und Verbundmaterialien gerichtet. Es sollen generierte Chemikalien aus AP 4 verwendet werden.

Herstellung, Charakterisierung und anwendungstechnische Untersuchung neuer polymerer Materialien aus der Spaltung pflanzlicher Öle mit Hilfe neuer Enzymsysteme (NOEL) - Teilvorhaben 2: Enzymproduktion

Das Projekt "Herstellung, Charakterisierung und anwendungstechnische Untersuchung neuer polymerer Materialien aus der Spaltung pflanzlicher Öle mit Hilfe neuer Enzymsysteme (NOEL) - Teilvorhaben 2: Enzymproduktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von AB Enzymes GmbH durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Enzym-gestützten Technologien zur Aufwertung von ungesättigten Fettsäuren zu funktionalen Oleochemikalien, die dann als Beschichtung, Schmiermittel oder Kunststoffe eingesetzt werden können. Im Einzeln sollen i) neue Lipoxygenasen (LOX) isoliert und hergestellt werden, die in der Lage sind, ungesättigte Fettsäuren in die korrespondierenden Hydroperoxide umzuwandeln, ii) Methoden entwickelt werden, diese enzymatisch hergestellten Hydroperoxide in Fettsäurealkohole, Fettsäurealdehyde oder Fettsäuredimere umzuwandeln, iii) von den Lipid-Zwischenprodukten anschließend funktionale Oleochemikalien hergestellt werden, und iv) eine technische und wirtschaftliche Evaluierung der entwickelten Prozesse durchgeführt werden. Bei diesem grenzüberschreitenden Projekt soll nicht nur über Ländergrenzen hinweg zusammengearbeitet werden, sondern es steht hier auch die Kooperation zwischen traditioneller chemischen Industrie und Biotechnologie im Vordergrund. Dieses Projekt stärkt somit sowohl die chemische Industrie in Europa wie auch die weiße Biotechnologie und die Firmen, die in großtechnischem Maßstab Enzyme produzieren. Zudem leistet das Projekt einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Nutzung der vorhandenen Biomasse, in dem die Nutzung von natürlich vorkommenden Ölen um ein Vielfaches effektiver wird. Das Projekt soll dazu beitragen, dass die Nutzbaren Rohstoffe für die chemische Industrie signifikant erweitert werden. Die Entwicklung von neuen und umweltfreundlichen Technologien zur effizienteren Nutzung von natürlich vorkommenden Ölen hat jetzt und in der Zukunft ein großes wirtschaftliches Potential. Die Ergebnisse dieses Projektes werden sein i) neue Lipoxygenasen (LOX) aus mikrobiellen und pflanzlichen Quellen, ii) effiziente Systeme zur Herstellung dieser Enzyme im großtechnischen Maßstab, iii) neue, Enzym-basierende Prozesse zur Herstellung von funktionalen Lipiden und Feinchemikalien aus natürlichen Rohstoffen (z.B., Leinsamenöl)

Community level study with nickel in aquatic microcosms

Das Projekt "Community level study with nickel in aquatic microcosms" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie durchgeführt. Quality standards to assess the chemical status of water bodies under the Water Framework Directive are often based on a few standardized laboratory tests and fixed assessment factors for extrapolation to the field situation. If larger data sets including tests with non-standard species are available, a statistical extrapolation approach, the Species Sensitivity Distribution approach (SSD) is applied. For assessing the remaining uncertainty on the SSD, the threshold concentration derived can be compared with data from field monitoring or model ecosystem studies. Taking the priority substance Ni as an example we present the use of microcosms to test the protectiveness of the quality standard derived from laboratory toxicity tests. The study was conducted in 14 microcosms including a natural sediment layer and an overlaying water volume of 750 L located in a greenhouse. After a pre-treatment period for establishing a diverse aquatic community of phytoplankton, zooplankton, periphyton and snails, Ni solution was added to reach concentrations of 6, 12, 24, 48 and 96 micro g Ni/L in two microcosms each. Four microcosms served as untreated controls. To achieve the intended constant exposure over the test period of four months, Ni concentrations were frequently determined in the microcosms and appropriate amounts of nickel solution were added mostly on a daily basis. Parameters known to affect Ni toxicity, i.e. water hardness, pH, and dissolved organic carbon, were also measured. Population abundance and community structure were analysed for difference to the dynamics in the controls. In the microcosms with 48 and 96 micro g Ni/L long-term effects on phytoplankton, rotifers, snails and, due to reduced grazing by snails, indirectly on the periphyton biomass were observed. Only minor, and/or temporary deviations from controls, i.e., for single sampling dates, were found for a few algae taxa at lower concentrations. Because these deviations showed no clear dose-response and were not found at the end of the study they were not seen as adverse effects. However, for the snail (Lymnaea stagnalis), effects on the trend of population development could not be excluded at 24 micro g/L. Thus, the overall No Observed Effect Concentration (NOEC) for a chronic exposure to nickel in this microcosm study was considered to be 12 micro g Ni/L. This NOEC confirms the protectiveness of the quality standard derived from the laboratory single species tests.

Ökotoxikologische Effektstudien am hochwirksamen, niedrigdosierten Tierarzneimittel Tulathromycin (Makrolidantibiotikum) zur Einschätzung der Umweltgefährdung

Das Projekt "Ökotoxikologische Effektstudien am hochwirksamen, niedrigdosierten Tierarzneimittel Tulathromycin (Makrolidantibiotikum) zur Einschätzung der Umweltgefährdung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie durchgeführt. Das Makrolidantibiotikum Tulathromycin ist ein hochwirksamer, niedrigdosierter Wirkstoff. Er wird zur Therapie und Metaphylaxe von Atemwegerkrankungen bei Rind und Schwein eingesetzt. Infektionen der Atemwege gehören in den Nutztierbeständen zu den häufigen Erkrankungen und sind von außerordentlicher wirtschaftlicher Bedeutung. Zur Behandlung von bakteriellen Infektionskrankheiten landwirtschaftlicher Nutztiere werden bevorzugt schnell wirksame antimikrobielle Substanzen (Antibiotika) mit möglichst geringer Resistenzrate der Krankheitserreger eingesetzt. Aus arbeitstechnischen und wirtschaftlichen Gründen ist zudem eine möglichst kurze Anwendungsdauer bei hoher Anwendungssicherheit und Wirksamkeit von Bedeutung. Der Wirkstoff Tulathromycin erfüllt diese Anforderungen in hohem Maße. Die Besonderheit von Tulathromycin gegenüber den bisher in der Tiermedizin eingesetzten Makrolidantibiotika besteht in seiner äußerst geringen Dosierung verbunden mit einer hohen Wirksamkeit. Das Gutachten dient der Verbesserung der Umweltrisikobewertung für das Makrolidantibiotikum Tulathromycin. Da die erwartete Umweltkonzentration (predicted environmental concentration PEC) des Wirkstoffes unterhalb des Schwellenwertes von 100myg/kg Boden liegt, erfolgte bisher gemäß Leitfaden CVMP/VICH/592/98 keine vertiefte Umweltrisikobewertung mit Studien zum Verbleib und zu Effekten in der Umwelt. Umweltrisiken können damit nicht ausgeschlossen werden. Ziel des Gutachtens ist es, im Ergebnis von Algeninhibitionstest (OECD 201) und einem Test an terrestrischen Pflanzen (OECD 208) bewertungsrelevante Wirkwerte (EC50 und NOEC) für die Risikocharakterisierung des Wirkstoffes Tulathromycin gemäß Guideline CVMP/VICH/790/03 und gemäß Durchführungsdokument Doc. Ref. EMEA/CVMP/ERA/418282/2005- Rev.1 ableiten zu können. Die Ergebnisse des Gutachtens könnten von entscheidender Bedeutung sein für die Diskussion um den derzeitig angewendeten zweiphasigen Ansatz bei der Umweltrisikobewertung von Tierarzneimitteln, speziell zum Thema der Protektivität des Triggerwertes für die zu erwartende Umweltkonzentration (PEC = 100 myg/kg Boden) im derzeit gültigen Leitfaden CVMP/VICH/592/98.

Gutachten Bewertung des Umweltrisikos von Ibuprofen auf Fische

Das Projekt "Gutachten Bewertung des Umweltrisikos von Ibuprofen auf Fische" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Wildlife International Ltd., Ecotoxicology & Analytical Testing Services durchgeführt. Das Ziel dieses Projektes ist die Durchführung eines validen Fish Early Life Stage Testes nach OECD 210 inklusive Analytik. Der aus diesem Test ermittelte Wert soll dann für die Umweltrisikobewertung von Ibuprofen benutzt werden. Aufgrund des zu erwartenden, niedrigeren NOEC-Wertes sind belastbare und im regulatorischen Kontext benutzbare Ergebnisse notwendig.

Vergleich von Verfahren zur Ableitung gesundheitsbezogener Wirkungsschwellen (Benchmark - NOAEL)

Das Projekt "Vergleich von Verfahren zur Ableitung gesundheitsbezogener Wirkungsschwellen (Benchmark - NOAEL)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungs- und Beratungsinstitut Gefahrstoffe GmbH (FoBiG) durchgeführt. In der Methodendiskussion zur Beurteilung der Wirkungen von Umweltchemikalien auf die menschliche Gesundheit wird zunehmend die Einbindung der Dosis-Wirkungsfunktion gefordert. Das hierfuer in Frage kommende Verfahren ist das Benchmarkkonzept, ein mathematisches Verfahren, das vorliegende Informationen zum Dosis-Wirkungsverlauf nutzt, um auf niedrige Dosen zu extrapolieren. Dieses Vorgehen verlangt die konventionsartige Vorgabe einer Wirkungsschwelle ('z.B. noch 5 Prozent Wirkungen im Tierversuch')' die dann die Dosis definiert, die fuer die Begruendung von Umweltstandards dienen kann. Der quantitative Unterschied zwischen dem Benchmarkverfahren und dem heute ueberwiegend eingesetzten Verfahren ueber das 'no observed adverse effect level' (NOAEL) sowie der Einfluss eines moeglichen Methodenwechsels auf bestehende Umweltstandards ist nicht klar. Mit diesem Vorhaben sollen im Rahmen der methodischen Weiterentwicklung der Standardsetzung das Benchmarkverfahren erprobt und die Ergebnisse mit dem traditionellen Verfahren der Extrapolation eines NOAEL verglichen werden. Ergebnisse und Schlussfolgerungen sind innerhalb des Vorhabens nach Absprache mit dem UBA in einem Fachgespraech zur Diskussion zu stellen.

Duchführung eines Fahchgesprächs zur Initiierung des Forschungsprojekts 'Vergleich von Verfahren zur Ableitung gesundheitsbezogener Wirkungsschwellen (Benchmark - NOAEL)

Das Projekt "Duchführung eines Fahchgesprächs zur Initiierung des Forschungsprojekts 'Vergleich von Verfahren zur Ableitung gesundheitsbezogener Wirkungsschwellen (Benchmark - NOAEL)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungs- und Beratungsinstitut Gefahrstoffe GmbH (FoBiG) durchgeführt. In der Methodendiskussion zur Beurteilung der Wirkungen von Umweltchemikalien auf die menschliche Gesundheit wird zunehmend die Einbindung der Dosis-Wirkungsfunktion gefordert. Das hierfür in Frage kommende Verfahren ist das Benchmark-Konzept, ein mathematisches Verfahren, das vorliegende Informationen zum Dosis-Wirkungsverlauf nutzt, um auf niedrige Dosen zu extrapolieren. Dieses Vorgehen verlangt die konventionsartige Vorgabe einer Wirkungsschwelle, die dann die Dosis definiert, die für die Begründung von Umweltstandards dienen kann. Eine Reihe von Grenz- (z.B. nach Paragraph 8 BBodSchG) und Richtwerten (z.B. zur Innenraumlufthygiene) des Bundes werden nach dem NOAEL-Konzept abgeleitet und begründet. Die Auswirkung der Forderung nach der Einbindung der mathematisch ausgedrückten Dosis/Wirkungsbeziehung in die Grenz- und Richtwertableitung ist jedoch unklar. Dies betrifft den quantitativen Unterschied zwischen dem Benchmark-Verfahren und dem heute überwiegend eingesetzten Verfahren über das no observed adverse effect level (NOAEL) sowie den Einfluss eines möglichen Methodenwechsels auf bestehende Umweltstandards. Eine grundsätzliche Änderung der wissenschaftlichen Methode zur Ableitung und Begründung von Grenz- und Richtwerten muss bundeseinheitlich erfolgen und hinsichtlich der Konsequenzen für bereits bestehende Umweltstandards überprüft werden. Mit einem Forschungsvorhaben soll daher im Rahmen der methodischen Weiterentwicklung der Standardsetzung das Benchmark-Verfahren erprobt und die Ergebnisse mit dem traditionellen Verfahren der Extrapolation eines NOAEL verglichen werden. Ergebnisse und Schlussfolgerungen sind innerhalb des Vorhabens nach Absprache mit dem UBA in einem Workshop zur Diskussion zu stellen.

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