Leuchtbakterien

Leuchtbakterien der Gattung Vibrio sind die Testorganismen der Wahl für die schnelle und exakte Erfassung toxischer Einflüsse von Flüssigkeiten und Feststoffen. Seit mehr als zehn Jahren werden Leuchtbakterien allgemein zur Messung der Toxizität von Wasserproben eingesetzt, beschrieben in der Norm EN ISO 11348-1 bis –3: "Bestimmung der Hemmwirkung von Wasserproben auf die Lichtemission von Vibrio fischeri (Leuchtbakterientest)".


Leuchtbakterien sind in der Lage Stoffwechselenergie in Licht umzusetzen. Die Lichtemission ist dabei direkt an die Vitalität gekoppelt. Werden Leuchtbakterien mit toxischen Stoffen konfrontiert kommt es zu einer Verminderung der Leuchtintensität in Abhängigkeit von der toxischen Potenz dieser Stoffe. Die Leuchtintensität wird in einem Luminometer gemessen. Die Luminometrie ist eines der nachweisstärksten Messverfahren überhaupt und liefert im Fall der Leuchtbakterien eine exakte, quantitative Erfassung des Vitalitätszustandes. Durch die Verwendung sehr hoher Leuchtbakterienmengen (mehr als 1 Milliarde Leuchtbakterien) pro Toxizitätsprüfung liefert das Verfahren hervorragend reproduzierbare Ergebnisse mit sehr geringen Test-zu-Test-Abweichungen.


Wozu biologische Testsysteme, es gibt doch die chemische Analytik ?

Die chemische Analytik erfasst einzelne Stoffe oder Stoffgruppen unter Ermittlung Ihrer genauen Konzentration in der Probe. Eine Aussage zur Toxizität ist über die chemische Analytik jedoch in vielen Fällen unmöglich:

Beispiel 1: Ein Kunststoff für ein Medizinprodukt wird durch radikalische Polymerisation hergestellt. Es entsteht eine große Bandbreite unerwünschter Nebenprodukte, die

1. nur durch eine aufwändige chemische Analytik zu detektieren wäre und
2. deren summatische Toxizität über eine chemische Analytik praktisch nicht beurteilbar ist.

Beispiel 2: Eine stark eingetrübte Abwasserprobe eines Gewerbebetriebes soll toxikologisch beurteilt werden. Aufgrund der Produktionsprozesse des Betriebes ist es nicht auszuschließen, dass sich sowohl Schwermetallsalze, als auch organotoxische Verbindungen im Abwasser befinden.

1. Die chemische Analytik ist auch in diesem Fall aufgrund der unterschiedlichen Stoffgruppen zeitlich und apparativ aufwändig.
2. Im Fokus des Interesses steht die Beurteilung der biologischen Gesamtwirkung des Substanzcocktails im Abwasser. Dies kann am besten durch einen biologischen Test erfasst werden.

=> In beiden Fällen sind Leuchtbakterientests in der Lage die summatische Toxizität der Proben zu erfassen.

 

Das CYTOX Development Prüfsystem zur Erfassung toxischer Effekte umfasst drei verschiedene Testmodule:

Das CYTOX Development Prüfsystem akute Toxizität:

Leuchtbakterien

Es erfasst quantitativ die toxische Wirkung eines Materials auf Leuchtbakterien unter Ruhebedingungen. Die Leuchtbakterien werden während des Prüfprozesses bei einer Ruhetemperatur inkubiert, welche die Zellteilungsvorgänge weitgehend unterbinden. Das CYTOX Development System akute Toxizität ist das am häufigsten angewendete Verfahren der Leuchtbakterienprüfsysteme. Der Standardassay umfasst eine Konzentrationsreihe des Materials bzw. Materialextrakts von mindestens vier Konzentrationen in Doppelbestimmung und die Toxizitätsmessung jeder Probe nach 5 min, 15 min und 30 min Inkubation.
Das Verfahren ist in nur 3 h durchführbar und liefert somit in kürzester Zeit sichere Ergebnisse über toxikologische Einflüsse. Sollen Feststoffe untersucht werden, so ist eine angemessene Extraktionszeit des Materials zu berücksichtigen.

Beispiele der Einsatzgebiete:

-Qualitätskontrolle von Produktionsprozessen in der Medizintechnik (schnelle Chargenprüfung) als echte Alternative zu chemisch-analytischen Verfahren

-direkte Vergleichsprüfung von Konkurrenzprodukten

-toxikologische Analyse von Gewässerproben, Abwasserproben, Bodenproben (gewerbliche Altlasten, Neubaugebiete) auch normgerecht gemäß EN ISO 11348

-Qualitätskontrolle in der blauen Biotechnologie

-direkte Kontrolle von Sedimenten in einem speziellen Feststoff-Suspensionsverfahren.

 
Das CYTOX Development Prüfsystem chronische Toxizität

Giftwirkungen hängen von der Dosis und dem Expositionszeitraum ab. Einige toxische Stoffe zeigen auch bei sehr geringer Konzentration während langer Expositionszeiträume ausgeprägt toxische Wirkungen. So können sich z.B. Schwermetalle / Schwermetallsalze in biologischen Systemen anhäufen und dann nach Überschreitung eines kritischen Wertes ein Massensterben verursachen. Bekannt sind derartige chronische Belastungen von Gewässern, in denen es nach Überschreitung eines kritischen Wertes zum Massensterben von Fischen kommt. Problematisch sind auch organische Schwermetallverbindungen: Insbesondere Blei und Quecksilber bilden eine ganze Reihe hochgiftiger Verbindungen mit bestimmten organischen Substanzen. Chronisch toxische Wirkungen zeigen auch stabile Kohlenwasserstoffverbindungen. Chlorierte oder fluorierte Kohlenwasserstoffe sind in der Umwelt sehr stabil können sich in biologischen Systemen u.a. im Fettgewebe anreichern.
Untersuchungen zur chronischen Toxizität waren bislang sehr aufwändig. Wochen- oder monatelange Tierversuche waren hierzu notwendig. Mit dem CYTOX Development System chronische Toxizität können in vitro Aussagen zur chronischen Toxizität in nur 22 h ohne Tierversuche durchgeführt werden. Die Leuchtbakterien werden hierbei in einem speziellen Wachstumsmedium unter Wachstumsbedingungen auf Ihre Leuchtkraft in Gegenwart des Probenmaterials (bzw. Extrakts)untersucht.

Beispiele der Einsatzgebiete: -Analyse chronisch toxischer Einflüsse bei der Herstellung von Kunststoffen -Abschätzung der langfristigen Risiken für Jungfische in der gewerblichen Fischzucht (blaue Biotechnologie) z.B. Zuchtbeckenwasseranalyse, Zuchtbeckenmaterialanalyse -Lederwarenanalyse: Abschätzung langfristiger Risiken durch Chromverbindungen, Fungizide etc. im Leder

Das CYTOX Development Prüfsystem Genotoxizität

Genotoxische Stoffe üben durch Ihre erbgutverändernde Wirkung eine toxische Wirkung aus. Nachgewiesen genotoxische Stoffe wirken auch in geringsten Konzentrationen erbgutverändernd. Mit dem CYTOX Development Prüfsystem ist ein Screening auf genotoxische Stoffe konkurrenzlos schnell und kostengünstig möglich. Es können mit Hilfe eines speziellen Leuchtbakterientyps mutagene wie promutagene Stoffe detektiert werden. Die Prüfung wird in nur 24-48 h durchgeführt.

Beispiele der Einsatzgebiete:

-Analyse genotoxischer Verbindungen bei Verfahren mit genotoxischen Verdachtsmomenten wie Herstellungsprozesse/ Verbrennungsprozesse von halogenierten Verbindungen und polyzyklischen Kohlenwasserstoffen

-Detektion genotoxischer Komponenten im Rahmen der Kontrolle von Importprodukten (imprägniertes, gegerbtes Leder)

-Medizinprodukte mit bestimmten Polyurethankomponenten

-Detektion von nicht in der EU zugelassener Weichmacher/ Azofarbstoffe

-Kontrolle hochbelasteter industrieller Abwässer