Auf die Wirkung kommt es an

Neues Verfahren spürt Schadstoffe anhand ihrer Effekte auf Organismen auf.

Arzneimittel, Pflanzenschutzmittel, Biozide, Wasch- und Reinigungsmittel: Die Vielfalt an schädlichen Stoffen ist enorm. Dementsprechend aufwändig und teuer ist deren Nachweis. Im Rahmen des gemeinsamen Forschungsprojektes TREES analysierten Forscher der Bundesanstalt für Gewässerkunde und der Hebräischen Universität in Jerusalem die Wirkungen von Mikroverunreinigungen in der Umwelt. Der Clou: Über die negativen Effekte auf die im Wasser lebenden Organismen werden die verantwortlichen Schadstoffe ermittelt. So können auch Schadstoffe und deren Abbauprodukte erkannt werden, die in der Umwelt bisher nicht als solche bekannt waren.

Die Zahl der industriell hergestellten Chemikalien hat sich in den letzten 20 Jahren mehr als verdreifacht und liegt heute bei mehr als 350.000 Substanzen. Gewässer werden in Europa standardmäßig auf ausgewählte Stoffe untersucht, die für Mensch und Umwelt gefährlich sind, wenn festgelegte Konzentrationen überschritten werden.

Neben diesen sogenannten prioritären Stoffen gibt es aber noch viele weitere, zum Teil bislang unbekannte Schadstoffe, die unsere Gewässer gefährden. Zwischen Juni 2016 und Dezember 2019 entwickelten Forscher in dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und dem israelischen Wirtschaftsministerium (MOST) geförderten Projekt TREES (Tracking Effects of Environmental organic micro-pollutants in the Subsurface; FKZ: 02WIL1387) daher ein neues Verfahren zur effektbasierten Bestimmung organischer Schadstoffe.

Auf die Wirkung kommt es an

Der entscheidende Vorteil des Ansatzes im Projekt TREES besteht darin, dass sich problematische Substanzen anhand ihrer unerwünschten biologischen Effekte bestimmen lassen. Bisher wird in Umweltproben nach bekannten, in Listen festgelegten Schadstoffen gesucht („Ziel- oder target-Analytik“), um dann im nächsten Schritt auf das Gefahrenpotenzial einer Belastung zu schließen.

Und so funktioniert die Innovation: Proben, die oft einen Cocktail bekannter und unbekannter Substanzen enthalten, werden durch ein spezielles Verfahren – die Dünnschichtchromatographie – getrennt. Nach der Trennung untersucht man die Oberfläche der Dünnschichtplatte mit verschiedenen biologischen Testverfahren. Getestet wird, ob die Probe gentoxische, dioxinähnliche, pflanzentoxische und eine Reihe verschiedener hormoneller Wirkungen hervorruft.

Wenn der Test positiv verläuft, also die unerwünschten Effekte eintreten, kommen entsprechend wirkende Chemikalien in einer Probe vor. Auf Basis der verschiedenen Tests erzeugen die Forscher sogenannte Aktivitätsprofile. Diese lassen die Wissenschaftler gezielt auf die auslösende Stoffgruppe schließen – selbst wenn diese in der Umwelt zunächst noch gar nicht bekannt oder gelistet ist. Mit nachgeschalteten Analysen identifiziert man dann gezielt die verantwortlichen Schadstoffe. Das ist wesentlich effizienter, als grundsätzlich eine große Bandbreite von Schadstoffen zu messen.

Innovation für intensiv genutzte Wasserressourcen

„Die Ergebnisse haben vor allem für trockene Regionen einen hohen gesellschaftlichen Wert. Dort werden die Frischwasserressourcen knapper und künftig noch intensiver genutzt“, sagt Dr. Sebastian Buchinger, der TREES-Projektleiter an der BfG. „Das Vorgehen bietet die Chance, die Effizienz neuer Abwasserbehandlungsmethoden, wie zum Beispiel von Retentionsbodenfiltern zu optimieren oder die Gefährdung des Grundwassers, z. B. im Einflussbereich einer Deponie, besser als bisher einzuschätzen“, erklärt Buchinger weiter. Die neu entwickelten Verfahren besitzen das Potenzial, die Wasserversorgung in Israel und seinen Nachbarstaaten, aber auch in Deutschland zu verbessern. Die Entwicklungen sind darüber hinaus ein wichtiger Beitrag zur Weiterentwicklung der EU-Wasserrahmenrichtlinie.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Georg Reifferscheid, Referat Biochemie, Ökotoxikologie, Bundesanstalt für Gewässerkunde, Am Mainzer Tor 1. 56068 Koblenz, Fon: 0261/1306 5176, E-Mail: reifferscheid@bafg.de

Weitere Informationen:

https://www.bafg.de/DE/Service/presse/2020-10-07_TREES_Bericht Joint Final Report: TREES – Tracking Effects of Environmental organic micro-pollutants in the Subsurface

https://www.bafg.de/