Transcriptomic Point of Departure (tPOD) als alternativer Ansatz in der Ökotoxikologie

»Unsere Ergebnisse unterstreichen das Potenzial der Transkriptomik, die regulatorische Toxikologie zu verbessern, indem sie präzisere Wirkungsschwellen liefert und gleichzeitig den Bedarf an chronischen Tierversuchen reduziert. Durch die Weiterentwicklung dieses Ansatzes können wir einen ethischen und wissenschaftlich solideren Rahmen für die Bewertung chemischer Risiken schaffen«,

          sagt Erstautor Dr. Fabian Essfeld, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IME in Schmallenberg.
 

Im Bereich der Ökotoxikologie entwickelt sich der Transcriptomic Point of Departure (tPOD) zu einem leistungsstarken Instrument zur Bewertung der chemischen Auswirkungen auf Wasserorganismen. Unsere jüngste Studie konzentrierte sich auf Androstendion, ein androgenes Hormon, und seine Auswirkungen auf Zebrafischembryonen. Durch die Nutzung transkriptomischer Daten wollten wir regulatorische Wirkungsschwellenwerte festlegen und gleichzeitig Tierversuche minimieren, was dem 3R-Prinzip (Ersatz, Reduzierung und Verfeinerung von Tierversuchen) entspricht.

Traditionell werden Tests zur sexuellen Entwicklung von Fischen (FSDT) zur Bewertung endokrin wirksamer Effekte eingesetzt. Unsere vorherige FSDT-Studie mit Androstendion zeigte jedoch bei allen Testkonzentrationen eine vollständige Verschiebung hin zu männlichen Fischen, was es unmöglich machte, eine Konzentration ohne beobachtete Wirkung (NOEC) zu definieren. Um dieses Problem zu lösen, führten wir einen modifizierten Fischembryo-Toxizitätstest (FET) mit niedrigeren Konzentrationen durch, um eine transkriptomische Effektschwelle zu bestimmen. Die tPOD-Analyse ergab eine klare Konzentrations-Wirkungs-Beziehung bei der androgenabhängigen Genexpression. Der niedrigste tPOD-Wert betrug 24 ng/l und lag damit deutlich unter der niedrigsten getesteten Konzentration im FSDT. Dieses Ergebnis stützt die Hypothese, dass tPOD-Werte in regulatorischen Kontexten NOECs ersetzen könnten. Der Vergleich unserer Ergebnisse mit der vorhandenen Literatur bestätigte, dass transkriptomische Ansätze eine empfindliche und zuverlässige Methode zur Identifizierung endokriner Wirkungen in frühen Entwicklungsstadien darstellen.

Durch die Integration der Transkriptomik in die regulatorische Ökotoxikologie können wir die Risikobewertung von Chemikalien verbessern und gleichzeitig die Abhängigkeit von Langzeit-Tierversuchen verringern. Zukünftige Studien werden sich darauf konzentrieren, die Anwendung von tPODs auf eine breitere Palette von endokrin wirksamen Substanzen zu verfeinern und so den Weg für ethischere und effizientere Bewertungen von Umweltgefahren zu ebnen.