Ökotests für neue Chemikalien ohne Versuche mit Fischen

Hunderttausende Versuchstiere sterben jedes Jahr. Zürcher Forscher bieten neue Methode mit Fischzellen an.

Die Regenbogenforelle wie hier im Wasserwerk Hardhof eignet sich für Tests von Chemikalien und der Wasserqualität.  Foto: Dieter Seeger

Die Regenbogenforelle wie hier im Wasserwerk Hardhof eignet sich für Tests von Chemikalien und der Wasserqualität. Foto: Dieter Seeger

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Tausende neue Substanzen entstehen täglich in den Labors: Pestizide, Desinfektionsmittel, Reinigungsmittel, Farben. Die US-Informationsstelle für die weltweite Produktion chemischer Stoffe, der Chemical Abstracts Service, hat eben die hundertmillionste Chemikalie registriert. Wie diese Substanzen auf die Umwelt wirken, ist aber nur in den wenigsten Fällen wirklich bekannt. Obwohl die europäischen Chemikalienrichtlinien Reach seit 2006 von den Produzenten einen Nachweis verlangen, der belegt, dass eine neue Substanz für den europäischen Markt ökologisch ungefährlich sei. «Aber bisweilen müssen nur Substanzen mit einem grossen Produktionsvolumen ausführlich getestet werden», sagt Kristin Schirmer, Umwelttoxikologin am Wasserforschungsinstitut Eawag in Dübendorf. Die Behörde der European Chemical Agency (Echa) in Finnland ist überfordert. Die eingereichten Dokumente der Industrie stapeln sich. Ob die Ökotests für eine Einschätzung ausreichen, kann die Echa nur stichprobenweise prüfen. «So kommen Tausende Chemikalien auf den Markt, die nur minimal getestet wurden; es ist derzeit eine entmutigende Situation», sagt Schirmer.

Ein Grund dafür sind die aufwendigen und teuren Testverfahren: Hunderttausende Jungfische sterben schon heute jedes Jahr für toxikologische Versuche in der Chemieindustrie. Sie schwimmen in Aquarien und werden über Tage, Wochen oder sogar Monate verschiedenen Konzentrationen neuer Chemikalien ausgesetzt. Das Wachstum ist dann der messbare Indikator für den Gesundheitszustand. Für einen einzigen Chemikalientest brauche es mindestens 400 Versuchstiere, schreiben die Autoren des eben veröffentlichten Artikels über Alternativen zu den Fischversuchen in der Fachpublikation «Science Advances».

Versuche mit Kiemenzellen

Die Forscherinnen und Forscher von der Eawag, der beiden ETH in Zürich und Lausanne sowie der britischen Universität York zeigen auf, wie die Tierversuche durch ein Verfahren mit Fischzellen ersetzt werden könnten. «Wir können eine Zellkultur im Labor kontinuierlich wachsen lassen, dazu braucht es keine Fische mehr», sagt Mitautorin Kristin Schirmer.

Die Methode ist vielversprechend. Bereits früher erkannten die Eawag-Wissenschaftler, dass sich Fischzelllinien dafür eignen, eine akute Toxizität, also die Wirkung einer Chemikalie auf Fische innert weniger Tage vorauszusagen. Dank Testdaten von Fischversuchen des Agrochemiekonzerns Syngenta konnten die Forscher nun untersuchen, ob das Zellverfahren auch für eine längerfristige toxikologische Wirkung funktioniert. Syngenta testete wochenlang verschiedene Konzentrationen zweier Substanzen für Pilzschutzmittel bei Dickkopfelritzen und Regenbogenforellen. Für ihre Zellversuche gingen die ­Eawag-Forscher davon aus, dass das Fischwachstum der Vermehrung von Zellpopulationen entspreche. Die Wissenschaftler verwendeten Kiemenzellen von Regenbogenforellen und setzten sie den gleichen Chemikalienkonzentrationen aus wie Syngenta. «Bereits nach fünf Tagen reduzierte die Zellpopulation ihr Wachstum», sagt Kristin Schirmer. Der Computer rechnete schliesslich mithilfe eines erprobten Wachstumsmodells die Wirksamkeit über 30 und 60 Tage hoch. Die Resultate der Zellkultur-Pilotstudie passten sehr gut zu den Fischversuchen von Syngenta. «Das Verfahren ist komplett neu. Wir können nun das längerfristige Fischwachstum mithilfe der Zellkulturen zumindest für diese zwei Substanzen sehr gut simulieren», sagt Schirmer. Die Forscherin ist zuversichtlich. «Wenn sich zeigt, dass diese Methode auch für andere Chemikalien funktioniert, dann werden solche Ökotests extrem effizient.»

Im Vergleich zu Zellen von Säugetieren, die bei etwa 37 Grad kultiviert werden, bilden Fischzellen von Regenbogenforellen die Realität besser ab. Sie wachsen bei 19 Grad – einer Temperatur, die dem Lebensraum der Fische entspricht. Kiemenzellen eignen sich, weil sie im Gewässer das erste Kontaktgewebe mit Fremdstoffen sind. Die Forscher wählten zudem die Regenbogen­forelle, weil der Fisch im Rahmen der Umweltgesetzgebung als Modellfisch für die Versuche empfohlen wird. Ein Grund: Er reagiert empfindlich auf Veränderungen der Wasserqualität. Zudem ist er ein wichtiger Anglerfisch und spielt wirtschaftlich in der Fischereibranche eine Rolle.

Fit durch Wachstum

Das Verfahren gibt allerdings nur Auskunft über die Folgen für das Wachstum – über Organschädigungen und Gewebeveränderungen ist nichts zu erfahren. Für eine ökologische Beurteilung spiele das bei gegenwärtigen Testverfahren ebenfalls keine Rolle, so Schirmer: «Wenn Fische weniger wachsen, sind sie weniger fit, und die Überlebenschancen sind geringer, was für die Population kritisch werden könnte.» Zudem brauche es dringend einfache Verfahren. Dafür eignet sich die Wachstumsmessung am besten. Die Tests mit Zellversuchen haben nach Ansicht von Kristin Schirmer weitere Vorteile. Sie könnten zum Beispiel als eine Art Triage dienen. Sind Chemikalien für die Zellkulturen unbedenklich, könne vielleicht auch die Risikobewertung für den Menschen angepasst werden. «Das würde neben der Reduktion von Fischversuchen auch den Einsatz von Säugetieren senken», sagt die Ökotoxikologin.

Bis das Verfahren jedoch weltweit als Standard anerkannt wird, ist es noch ein weiter Weg. «Nun sind unabhängige Studien wichtig, um die Methode mit verschiedenen Chemikalien zu testen», sagt Kirstin Schirmer. Dafür braucht es aber als Vergleichswerte die Originaldaten der zahlreichen Fischversuche, die in den letzten Jahren in der Chemieindustrie durchgeführt wurden, aber nicht direkt öffentlich zugänglich sind. (Tages-Anzeiger)

Erstellt: 09.08.2015, 17:47 Uhr

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