Biologische Effekte mariner Organismen
Schadstoffe anthropogenen Ursprungs belasten seit der Industrialisierung der Welt auch unsere Meere. Besonders die Küstenmeere wie Nord und Ostsee waren und sind Einträgen von zahllosen Chemikalien ausgesetzt. Häufig sind ihre Konzentrationen in der Meeresumwelt nur unzureichend dokumentiert und selbst wenn, fehlen Daten und Wissen wie diese Konzentrationen in ihrer Wirkung auf Organismen zu bewerten sind. Deshalb gehen wir der Frage nach wie bestimmte Chemikalien auf Organismen wirken, ab welchen Konzentrationen in der Umwelt die Substanzen gesundheitsschädliche Wirkung entfalten und wie der Cocktail an Substanzen auf Organismen wirkt. Wir berücksichtigen auch zusätzliche Stressoren wie die Erwärmung unserer Meere auf die Wirkung von einzelnen Schadstoffen bzw. auf Schadstoffmixturen. In unseren geförderten Projekten liegt ein besonderer Fokus auf den Auswirkungen von giftigen Weltkriegsaltlasten auf die marine Umwelt.
Kompetenzen
Wir nutzen Biomarker zur Bewertung von Schadstoffen auf die Gesundheit von marinen Organismen. Wir untersuchen dabei Effekte auf Zell-, Gewebe- und Organebene um die Wirkung bestimmter Chemikalien zu bewerten. Ein besonderes Interesse liegt dabei auf der Bewertung der Langzeitexposition mit Schadstoffen auch bei niedrigen Konzentrationen. Wir arbeiten dazu im Labor mit Muscheln und im Feld mit Muscheln und Fischen.
Schadstoffe können auf verschiedenen Ebenen einen Organismus beeinflussen. Bei kurzen Expositionszeiten und geringen Konzentrationen finden die ersten Reaktionen auf molekularer Ebene statt. Bei anhaltender Exposition oder hohen Schadstoffkonzentrationen können die Entgiftungsmaßnahmen versagen und Stoffwechselstörungen auftreten. Bei anhaltender Exposition treten erste Gewebeveränderungen und später auch Krankheiten auf. Wir verwenden Biomarker, um diese Auswirkungen auf molekularer, zellulärer, Gewebe- oder Organebene anzuzeigen. Per Definition sind Biomarker messbare Indikatoren, die den biologischen Zustand eines Organismus widerspiegeln.
Methoden
Schadstoffe können in den Zellen exponierter Organismen reaktive Sauerstoffspezies (ROS) erzeugen. ROS stören Stoffwechselprozesse, indem sie mit allen Arten von Zellmolekülen reagieren. Als Schutzmaßnahme werden Enzyme des Anti-Ox-Abwehrsystems produziert, die helfen, ROS zu neutralisieren.
Methode zur Messung der Enzym Aktivitäten des Anti-Ox-Defense Systems:
Histologie und Biomarker Auswertung:
Wenn der oxidative Stress die zelluläre Abwehr übersteigt, kommt es zu Beeinträchtigungen der Zellorganellen und zu Stoffwechselstörungen, außerdem sammeln sich vermehrt Stoffwechselendprodukte an. Diese Beeinträchtigungen und Störungen werden mit verschiedenen Biomarkern gemessen. Die meisten Biomarker, die in unseren Labors eingesetzt werden, basieren auf tiefgefrorenen Kryoschnitten, die mit verschiedenen SOP-Protokollen gefärbt oder getestet werden. Zusammen mit der Anti-Ox-Enzym-Aktivität geben die Biomarker-Ergebnisse Aufschluss über den Stoffwechselzustand, die Organfunktionen und den Gesundheitszustand eines Organismus.
Methode zur Biomarker-Auswertung:
Histologie mit klassischer Lichtmikroskopie und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)
Wir untersuchen Organe mit klassischen histologischen Methoden. Dabei werden Gewebeschnitte angefertigt, eingebettet und mit Hilfe von Kontrastfärbungen ausgewertet. So lassen sich Gewebeveränderungen, Krankheiten und Tumore erkennen. Darüber hinaus wenden wir die TEM-Mikroskopie an, um zellmorphologische und zytoplasmatische Strukturen aufzuklären. Durch die Anwendung von Antigen- und Antikörperreaktionen in Kombination mit TEM ist auch die Lokalisierung von Schadstoffen auf zellulärer Ebene möglich.
Tools
- Tecan-Reader - Analyse von Enzymaktivitäten, z.B. Anti-Ox-Abwehr-Enzyme als erste Reaktion auf Schadstoffe (in Kooperation mit AG Aquakultur)
- Kryo-Sectioning - Herstellung von Kryo-Schnitten von Gewebe zur Untersuchung von Zellorganellen oder Fehlfunktionen von Stoffwechselprozessen
- Rotations-Mikrotom - Histologische Gewebeanalyse
- Image Analyse – Computer unterstütze Bildanalyse von Geweben
- TEM Transmissions Elektronen Mikroskop - Strukturanalyse von pflanzlichen und tierischen Zellen sowie zum Nachweis und zur Lokalisierung von Schadstoffen auf Zellebene (in Kooperation mit AG Bionik)