Charakterisierung endokrin vermittelter Wirkungen in Fischen

Die bisher vorliegenden Anwendungserfahrungen von Lebenszyklus-Studien mit Fischen bei endokrin wirksamen Substanzen wurden gesammelt und verglichen, um allgemeine Aussagen zur Empfindlichkeit von Endpunkten ableiten und Bewertungsunsicherheiten reduzieren zu helfen. Charakteristische populationsrelevante und indikative Endpunkte wurden für die relevanten sexual-endokrinen Wirkmechanismen herausgearbeitet und ein Vergleich der Empfindlichkeiten vorgenommen. Verwendet wurden Daten aus Full Life Cycle Tests (FLCT) und Zwei-Generationen-Tests des Fraunhofer IME und aus der Literatur. Anhand der Ergebnisse erfolgte anschließend eine Einordnung von Studiendaten aus FLCT aus der Datenbank des Umweltbundesamtes. Im zweiten Teil der Studie wurden Biomarker-Messungen aus Fish Screening Assays (FSA) den Effektdaten von populationsrelevanten Endpunkten aus FLCT gegenübergestellt und bezüglich Empfindlichkeit und Vorhersagepotenzial bewertet. Auf der Grundlage der Resultate wurde ein Vorschlag für eine gestufte Teststrategie für potenziell sexual-endokrin wirkende Stoffe vorgelegt. Für Interaktionen mit dem Östrogenrezeptor (ÖR) stellt die Sexualentwicklung das empfindlichste Expositionsfenster da. Eine sexual-endokrine Wirkung manifestiert sich am empfindlichsten im Reproduktionsparameter Befruchtungsrate; die Sensitivitäten von Wachstum und Geschlechtsentwicklung liegen nah daran. Ein FSA mit Erfassung der Blutkonzentration von Vitellogenin (VTG) als Wirkindikator reagiert vergleichbar empfindlich und lässt keine falsch negativen Ergebnisse erwarten. Die Androgenrezeptor-(AR-)Interaktionen müssen nach agonistischer und antagonistischer Wirkweise unterschieden werden. VTG ist hier als Biomarker nicht immer aussagekräftig. Der empfindlichste populationsrelevante Endpunkt für den untersuchten AR-Antagonisten ist die Fekundität. Empfindlicher indikativer Endpunkt im FSA und Zwei-Generationen-Test ist das Sexualsteroid 11-keto-Testosteron. Bezüglich der AR-Agonisten ist die Sexualentwicklung das empfindlichste Belastungsfenster und das Geschlechterverhältnis der sensitivste Endpunkt, ausreichend empfindliche Biomarker wurden nicht untersucht. Auch für die Aromatase-Inhibitoren ist die Sexualentwicklung das empfindlichste Belastungsfenster. Eine sexual-endokrine Wirkung manifestiert sich in unterschiedlichen Endpunkten, deren Empfindlichkeit in den untersuchten Tests meistens nur eine Konzentrationsstufe auseinander lag: In einer Verschiebung des Geschlechterverhältnisses, in Wachstumsverzögerungen oder einer Reduktion der Eizahl. VTG als Wirkindikator reagierte empfindlich im FSA. Die untersuchten Fischspezies reagieren grundsätzlich ähnlich empfindlich auf Hormonrezeptor-Interaktionen. Die Ausprägung der Wirkungen kann differieren. So reagieren Medaka und Dickkopfelritze mit einer Verweiblichung auf ÖR-Agonisten, während der protogyne Zebrabärbling mit einer Verzögerung oder Hemmung der männlichen Entwicklung reagiert; auf Aromatase-Hemmer scheint der Zebrabärbling empfindlicher mit einer Vermännlichung zu reagieren, während die Dickkopfelritze empfindlicher mit reduziertem juvenilen Wachstum reagiert. Die Frage nach der Notwendigkeit eines Zwei-Generationen-Tests anstelle eines FLCT hängt von der Relevanz maternalen Transfers von Wirkungen ab und kann aufgrund der fehlenden Vergleichbarkeit der Daten nicht geklärt werden. Um ein verkürztes Testverfahren anstelle des FLCT oder Zwei-Generationen-Tests anzuwenden bedarf es genauer Informationen über den vorliegenden Wirkmechanismus und des Nachweises, dass das Verfahren das empfindlichste Expositionsfenster und den empfindlichsten populationsrelevanten Endpunkt für diesen Wirkmechanismus erfasst. Partielle Life Cycle Tests (Kurzzeit-Reproduktionstests) sind daher immer ungeeignet. Der Fish Sexual Development Test (FSDT) kann für AR-Agonisten und Aromatase-Hemmer ausreichen. Ein Early Life Stage oder Juvenile Growth Test kann für DMI-Fungizide eine ausreichend sichere Extrapolation auf FLCT-Ergebnisse ermöglichen, um eine vorläufige Risikobewertung im Zulassungsverfahren vorzunehmen.

Scope of the study was the collection and comparison of existing experience with fish full life cycle studies on endocrine disrupting chemicals to derive general conclusions about endpoint sensitivity and help reducing uncertainties in the assessment. Characteristic population relevant and indicative endpoints for relevant direct sexual endocrine Modes of Action (MoA) were identified and compared for sensitivity. The data base consisted of Full Life Cycle Tests (FLCT) and two-generation tests by the Fraunhofer IME and from literature. Based on the results, test data from the UBA regulatory data base were tried to classify. In the second part, biomarker data from Fish Screening Assays (FSA) were compared with the effect data from population relevant FLCT endpoints and assessed according to sensitivity and predictive potential to derive a proposal for a tiered test strategy for potentially endocrine disrupting chemicals. The most sensitive exposure period for interactions with the estrogen receptor (ER) is the sexual development phase. The most sensitive manifestation endpoint is the reduction of the fertilization rate, the sensitivity of juvenile growth and sex manifestation being very close. The vitellogenin (VTG) measurement in a FSA is comparably sensitive. When using it as a lower tier test, a false negative result is not expected. Androgen receptor-(AR-) interactions have to be differentiated in the agonistic and antagonistic MoA. For both, VTG is not always a powerful biomarker. Fecundity is the most sensitive population relevant endpoint for the investigated AR antagonist; the most sensitive indicative endpoint in the FSA and the two-generation test is the enhanced sexual steroid 11-ketotestosterone. Regarding the AR agonists, sexual development is the most sensitive exposure period, the sex ratio being the most sensitive endpoint. Sufficiently sensitive biomarkers were not identified. Sexual development is also the most sensitive exposure period for aromatase inhibitors, becoming manifest in different endpoints with close sensitivity: the shift towards males in sex ratio, growth retardation or fecundity. VTG reduction was sensitive in the definitive tests as well as in the FSA. The investigated fish species were principally comparably sensitive towards hormone receptor interaction. The manifestation of effects may differ, i.e., in Medaka and Fathead Minnow, ER agonists cause femalization, whereas Zebrafish are arrested in their male protogyne development phase; zebrafish seem to be more sensitive to masculinisation by aromatase inhibition, whereas Fathead minnow seems to be more sensitive in a reduction of juvenile growth. Whether a two-generation test should be performed instead of a FLCT depends on the relevance of maternal effect transfer and could not be clarified due to a lack of comparable data. For using a shortened test procedure instead of a FLCT or two-generation test, precise information about the MoA is necessary as well as evidence on whether the shortened protocol is appropriate to cover the most sensitive exposure period and the most sensitive population relevant endpoint. Partial life cycle tests, such as short-term reproduction tests, thus can never be appropriate. The Fish Sexual Development Test (FSDT) could be the adequate test for AR agonists and aromatase inhibitors. The Early Life Stage or Juvenile Growth Test can be used for DMI-fungicides for a sufficiently safe extrapolation to FLCT results to perform a preliminary regulatory risk assessment.