Untersuchung des Gefahrenpotenzials antimykotischer Azole für aquatische Ökosysteme
Azole werden häufig als landwirtschaftliche Fungizide oder Arzneimittel zur Behandlung von Mykosen, parasitären Infektionen und Krebs beim Menschen eingesetzt. Obwohl sie ursprünglich zur Hemmung von CYP51-Enzymen entwickelt wurden, die für die Biosynthese von Ergosterol bei Pilzen verantwortlich sind, blockieren sie auch eine breite Palette anderer Cytochrome (CYPs), die an der Steroidogenese beteiligt sind, zum Beispiel CYP19, oder xenobiotische Entgiftung wie CYP1A bei Säugetieren und Fischen. Diese Antimykotika können daher als endokrine Disruptoren wirken und das Überleben, die Entwicklung, das Wachstum, die Reproduktion und das Verhalten von Nicht-Zielorganismen beeinflussen. Auch wenn einige dieser Verbindungen routinemäßig untersucht und nachgewiesen werden, fehlt noch immer eine genaue Expositionsbewertung zur Abschätzung des damit verbundenen Umweltrisikos der meisten Azole. Das Projekt EXPOZOL hatte die Erweiterung des Verständnisses der Wissenschaft über die Exposition aquatischer Ökosysteme gegenüber antimykotischen Azolen sowie deren Vorkommen und biochemische Umwandlung in Wasserorganismen und die damit verbundenen Auswirkungen zum Ziel, um so die Umweltrisikobewertung zu verbessern. Diese Forschung wurde im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen gefördert.
Bestätigung der Exposition von Wasserorganismen gegenüber Azolen
Die Forschenden verwendeten modernste hochauflösende Massenspektrometrietechnologie (Q-Exactive von ThermoFisher), um ein retrospektives Screening von Azolen in archivierten digitalen Proben durchzuführen und deren biochemische Umwandlung zu analysieren. „Diese Technologie wird in der Umweltchemie zunehmend eingesetzt, um ein vollständiges Bild der chemischen Komplexität der Verunreinigung zu erhalten, indem sowohl bekannte als auch unbekannte Schadstoffe wie Produkte der biochemischen Umwandlung untersucht werden“, so Forschungsstipendiat Nicolas Creusot. Die Ergebnisse legten nahe, dass antimykotische Azole in terrestrischen und aquatischen Ökosystemen entsprechend ihrem breiten Spektrum physikochemischer Eigenschaften weit verbreitet sind. „Wir haben gezeigt, dass Biota aus verschiedenen trophischen Ebenen diesen Chemikalien ausgesetzt sind“, erklärt Creusot. „Einer der Hauptpunkte ist, dass EXPOZOL bestätigt, dass die Verknüpfung von Exposition und Auswirkungen für die Verbesserung der chemischen Risikobewertung sehr wichtig ist.“ Tatsächlich zeigten die Berechnungen des Risikoquotienten auch die Gefahr, die mit der Exposition gegenüber antimykotischen Azolen verbunden ist, insbesondere wenn einige der untersuchten Flüsse und Bäche für die Trinkwassergewinnung genutzt werden. Darüber hinaus bestätigten die Forschenden durch toxikokinetische und toxikodynamische Experimente, dass Wasserorganismen Azole sammeln und umwandeln können, was negative Folgen haben kann, wie beispielsweise Wachstumsminderung – und sogar den Tod.
Bedeutung weiterer Untersuchungen
Über den speziellen Fall antimykotischer Azole hinaus haben die Untersuchungen eindeutig belegt, dass die retrospektive Analyse der durch hochauflösende Massenspektrometrie gewonnenen Daten die aktuellen Erkenntnisse über die Exposition und die damit verbundenen Risiken besorgniserregender Chemikalien verbessern und in Zukunft effektiv für solche Zwecke eingesetzt werden kann. „Wir sind nun in der Lage, unser Wissen über die räumliche und zeitliche Dynamik Tausender Chemikalien zu erweitern, die ursprünglich nicht untersucht wurden“, betont Creusot. EXPOZOL zeigte, dass aquatische Ökosysteme und Menschen (durch den Konsum von Trinkwasser) von einer Verunreinigung durch antimykotische Azole bedroht sein können. „Dies sollte als Warnzeichen dienen, da Nachweise erbracht wurden, dass diese Chemikalien im Hinblick auf Vorkommen und Auswirkungen genauer untersucht werden sollten, um eben jene Auswirkungen auf aquatische und andere Ökosysteme zu begrenzen“, so Creusot abschließend.
Schlüsselbegriffe
EXPOZOL, antimykotische Azole, aquatische Ökosysteme, biochemische Umwandlung, endokrine Disruptoren, hochauflösende Massenspektrometrie
