Untersuchungen zur Biodegradation von Testosteron im Oberflächenwasser

Abstract

Zahlreiche dokumentierte Störungen der Reproduktion und Geschlechtsentwicklung bei Menschen und Tieren, insbesondere bei solchen, die im Wasser leben, werden dem Einfluss hormonell wirksamer Substanzen in der Umwelt zugeschrieben. So genannte endokrine Disruptoren können von Menschen und Tieren aufgenommen werden und deren hormonelles Gleichgewicht stören. Neben verschiedenen Chemikalien, für die eine hormonelle Wirkung bekannt ist, nehmen endogene und synthetische Steroidhormone, die von Mensch und Tier ausgeschieden werden, aufgrund ihrer hohen Wirksamkeit eine besondere Stellung ein. Sie gelangen direkt, mit den Abwässern oder über das Verbringen von Gülle, Mist und Klärschlamm auf landwirtschaftliche Flächen in Oberflächengewässer, Böden und Grundwässer. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob Testosteron im Flusswasser durch darin lebende Mikroorganismen abgebaut wird, ob aus dem verwendeten Flusswasser isolierte Bakterien in der Lage sind, Testosteron allein abzubauen und wie schnell Testosteron im Vergleich zu den Geschlechtshormonen Progesteron und Östron abgebaut wird. Zum Nachweis des vermuteten biologisch-enzymatischen Abbaus wurde einer Wasserprobe aus der Spree Testosteron zugefügt und 28 bzw. 6 Tage bei 5 °C und bei 20 °C gelagert, wobei regelmäßig Proben entnommen und deren Konzentrationen mit einem Enzymimmunoassay bestimmt wurden. Als Kontrolle wurden sterilisiertes Flusswasser und Aqua bidest. mit Testosteron inkubiert. Die Fähigkeit verschiedener Bakterienspezies Testosteron solitär abzubauen wurde über 28 Tage bei 20 °C geprüft. Abschließend wurden Testosteron, Östron und Progesteron gemeinsam in einer Flusswasserprobe bei 5 °C inkubiert, um die Abbaugeschwindigkeiten bis zum 28. Tag direkt miteinander vergleichen zu können. Die Untersuchungen ergaben folgende Ergebnisse: 1\. Testosteron wird im Flusswasser durch darin lebende Mikroorganismen abgebaut. Bei 20 °C war am 2. Tag ein Minimum von < 5 pg/10 μl erreicht, nachdem bereits nach einem Tag der Großteil abgebaut war. Bei 5 °C verringerte sich die Testosteronkonzentration bis zum Nachmittag des 1. Tages bzw. bis zum Morgen des 2. Tages nur gering. Bis zum Nachmittag des 2. bzw. Morgen des 3. Tages fiel sie dann schnell auf ein Minimum ab. 2\. In sterilisiertem Flusswasser erfolgte ebenfalls ein Absinken der Testosteronkonzentration. Am 28. Tag waren bei der 5 °C-Lagerung zwischen Zusammenfassung 79 47,18 % und 65,72 % und bei der 20 °C-Lagerung zwischen 1,38 % und 27,44 % des Ausgangsgehaltes nachweisbar. 3\. Ebenso erfolgte in Aqua bidest. bei 20 °C ein Rückgang der Testosteronkonzentration bis zum 14. Tag um 10 – 20 %. Der Konzentrationsabfall ist geringer als der in sterilisiertem Flusswasser bei 20 °C. 4\. Bei der Inkubation von Testosteron mit den Bakterienspezies Alcaligenes faecalis, Aeromonas sobria und Citrobacter freundii erfolgte bis zum Ende des Versuchs eine Abnahme der Testosteronkonzentration. Die Charakteristik des Testosteronabfalls ist dabei vergleichbar mit der Abnahme der Testosteronkonzentration in sterilisiertem Flusswasser. Daraus wird gefolgert, dass die hier verwendeten Bakterienspezies nicht in der Lage sind, Testosteron allein abzubauen. 5\. Der Abbau von Testosteron im Flusswasser erfolgt bei 5 °C deutlich schneller als der Abbau von Östron und von Progesteron. Minimale Testosteronkonzentrationen waren am 3. und am 5. Tag erreicht. Die Östronkonzentration fiel zwischen dem 11. und 28. Tag und die Progesteronkonzentration ab dem 13. Tag auf minimale Werte. 6\. Das Gefährdungspotential durch Testosteron im Flusswasser ist eher gering einzuschätzen, da aufgrund der hier festgestellten relativ schnellen Abbauraten eine dauerhafte Persistenz von Testosteron in der Wassersäule unwahrscheinlich ist.

Many dysfunctions of reproduction and sexual development in humans and especially in waterborne wildlife are caused to substances with endocrine impact. This endocrine disruptors can be ingest of men and animals and disturb theirs hormonal balance. Next to several chemicals and pesticides known as endocrine disruptors, the endogenous and synthetic sexhormones excreted by humans and animals are of especial concern because of their high effectivity. Steroidhormones reach surface waters, soils and groundwater in a direct way, with sewage or because of fertilizing fields with sludge. The goals of this study were to determine if testosterone is degraded by microorganisms in river water, if Alcaligenes faecalis, Aeromonas sobria and Citrobacter freundii, isolated bacteria from the taken river water, are able to degrade testosterone on their own and to compare the rate of degradation of testosterone, progesterone and estrone, the first metabolite of 17ß-estradiol. To evidence the supposed biodegradability of testosterone river water from the Spree was taken and stored over 28 days with testosterone at 5 °C and 20 °C. Over this time samples were taken to detect the concentration of testosterone. For control also aqua bidest. and sterilized river water were incubated with testosterone. The ability of some bacteria to degrade testosterone was investigated over 28 days at 20 °C. Further testosterone, estrone and progesterone were incubated together in river water at 5 °C. The results of these analyses were as follows: 1\. Testosterone in river water is degraded by microorganisms. At a water temperature of 20 °C a large part of the testosterone is degraded after one day and on second day the concentration of testosterone reaches a minimum of < 5 pg/10 μl. At 5 °C only a slight degree or a slight increase occurs until the afternoon on first day respectively the morning on second day. Until the afternoon on second day respectively the morning on third day the concentration of testosterone decreases fast to a minimum. 2\. In sterilized river water also a dissipation of testosterone occurs. At the 5 °Cstorage between 47,18 % and 65,72 % from the initial concentration and at the 20 °C-storage between 1,38 % and 27,44 % were detectable on the 28th day. Summary 81 3\. In aqua bidest. a decrease of 10-20 % in testosterone was detected until the 14th day at 20 °C. This decline was slighter as the dissipation of testosterone in sterilized river water at a 20 °C-storage. 4\. The bacteria Alcaligenes faecalis, Aeromonas sobria and Citrobacter freundii cause a dissipation of testosterone until the end of the test. The characteristic of the decrease is comparable to the decrease of testosterone in sterilized river water. This leads to the conclusion that this species are not able to degrade testosterone on their own. 5\. At 5 °C the rate of degradation of testosterone in river water is significant faster than that of estrone and progesterone. The concentration of testosterone reaches a minimum on third and fifth day. The concentrations of estrone and progesterone reach a minimum between 11. and 28. day and on 13. day respectively. 6\. The ecological risk exposure of testosterone in river water seems to be rather low, because of the rapid biodegradation no enduring persistence of testosterone in the water column may be expected.