Untersuchungen zur Biodegradation von Östrogenen im aquatischen Milieu

Abstract

Endokrine Disruptoren können negative Einflüsse auf die Gesundheit von Tieren und even¬tuell von Menschen ausüben. Die Bedeutung von natürlichen Östrogenen wurde bisher im Vergleich zur Bedeutung von Xenoöstrogenen nur wenig untersucht, obwohl natürliche Östrogene besonders in der aquatischen Umwelt vorkommen. In der vorliegenden Arbeit wurde der Konzentrationsverlauf von Östron und 17?-Östradiol im aquatischen Milieu mit einem Enzymimmunoassay untersucht. Den Untersuchungen liegt die Hypothese zugrunde, dass Östrogene außerhalb des Organismus mikrobiell-enzymatisch abgebaut werden. Der Konzentrationsverlauf wurde vor allem im Flusswasser untersucht und mit dem Konzentrationsverlauf im sterilisierten Flusswasser verglichen. Dafür wurden Wasserproben mit Östron bzw. 17?-Östradiol 56 Tage bei 5 °C, 20 °C bzw. 30 °C gelagert. Aus den Lösungen wurden regelmäßig Proben entnommen und gemessen. Außerdem fand der Einfluss von Belebtschlamm und einzelnen Bakterienspezies auf Östrogene im Wasser Berücksichtigung. Die Untersuchungen erbrachten folgende Ergebnisse: 1\. Im Flusswasser verringerte sich die Östronkonzentration während der 56-tägigen Lagerung deutlich. Betrug die Lagerungstemperatur 5 °C, dauerte es bis zu 42 Tage bis über 90 % der Ausgangskonzentration abgebaut war. Bei Lagerungs¬tempera¬turen von 20 °C und 30 °C waren 90 % dagegen schon nach 2 bis 14 Tagen abgebaut. Der Abbau wird als Biodegradation interpretiert. 2\. Bei 17?-Östradiol dauerte es bei einer Lagerungstemperatur von 20 °C 4 bis 12 Tage bis 90 % der Ausgangskonzentration abgebaut war. 17?-Östradiol wird mit einer ähnlichen Geschwindigkeit biodegradiert wie Östron. 3\. Die Konzentration von Östron bzw. 17?-Östradiol blieb in Aqua bidest., sterilisiertem Flusswasser und sterilisiertem Belebtschlamm während der 56-tägigen Lagerung auf einem ähnlichen Niveau. Die Temperatur hatte keinen Einfluss. Abiotische Faktoren, die einen wesentlichen Abbau verursachen können, werden somit ausgeschlossen. 4\. Belebtschlamm aus einem Klärwerk führte zu einer Beschleunigung des Östronab¬baus während der Lagerung. Die Mikroorganismen aus dem Belebtschlamm sind an die Verwertung von Östron adaptiert. 5\. Die Östronkonzentration blieb unter dem Einfluss von Escherichia coli, Pseudomonas fluorescens bzw. Aeromonas hydrophila während der Lagerung erhalten. Die Bakterienspezies sind solitär nicht in der Lage, Östron unter den gegebenen Bedingungen zu biodegradieren. 6\. Es wurden mehrere Mikrotiterplatten für eine Verlaufsuntersuchung verwendet. Da jede Mikrotiterplatte neu kalibriert werden musste, konnten gleiche Konzentrationen zu unterschiedlichen Konzentrationsangaben führen. Um Fehler zu vermeiden, sollte für eine Verlaufsuntersuchung nur eine Mikro¬titerplatte verwendet werden. 7\. Die Verlaufskurven der Östrogenkonzentration wurden mit verschiedenen Funktionen beschrieben. Die Summe der quadratischen Abweichungen war bei einer logistischen Funktion kleiner als bei einer exponentiellen oder doppelt exponentiellen Funktion. Daher ist die logistische Funktion geeignet, an die Daten angepasst zu werden. Mit der vorliegenden Arbeit wird ein Beitrag zum Wissen über den Abbau von Östrogenen im Flusswasser geliefert und damit eine Grundlage zur Schätzung des Risikos durch Östrogene in der aquatischen Umwelt erstellt.^

Endocrine disruptors may adversely affect the health of animals and possibly that of humans. Compared to xenoestrogens, there has been little investigation of the significance of natural estrogens although the latter occur especially in the aquatic environment. The subject study investigates the changes in concentration of estrone and 17-estradiol in the aquatic milieu in the presence of an enzyme-immunoassay. The investigations are based on the hypothesis that estrogens outside an organism are microbiologically decomposed. The changes in concentration were investigated in river water and were compared to the changes in concentration in sterilized water. Samples of water containing estrone and 17-estradiol respectively were stored for 56 days at temperatures of 5 °C, 20 °C and 30 °C respectively. Furthermore, the influence of activated sludge and individual species of bacteria on estrogens in the water was considered. The study produced the following results: 1\. In river water, a pronounced decrease of the concentration of estrone was observed during the 56 days of storage. At 5 °C it took up to 42 days until more than 90 % of the initial concentration were decomposed. When stored at temperatures of 20 °C and 30 °C, however, 90 % of the initial concentration were decomposed after 2 to 14 days. The decomposition is interpreted as biodegradation. 2\. The decomposition of 90 % of the initial concentration of 17-estradiol took 4 to 12 days at a temperature of 20 °C. 17-estradiol is decomposed at a rate similar to that of estrone. 3\. During the 56 days of storage, the concentrations of estrone and 17-estradiol in aqua bidest. as well as in sterilized river water and in sterilized activated sludge remained at levels similar to the initial concentrations. The storage temperature did not affect the concentrations. Hence, non-biological factors which might cause a significant decomposition are ruled out. 4\. Activated sludge extracted from a sewage treatment plant accelerated the decomposition of estrone during storage. The microorganisms contained in the activated sludge are adapted to the utilization of estrone. 5\. The estrone concentration remained constant in the presence of Escherichia coli, Pseudomonas fluorescens or Aeromonas hydrophila. Being isolated from the other species, the bacteria are not able to biodegrade estrone under the given conditions. 6\. Several microtiter plates were used for one single experiment. Since every microtiter plate had to be initially calibrated, the same concentrations could lead to different concentration readings. To avoid errors, only one plate per experiment should be used. 7\. The curves of the estrogen concentration were described using different kinds of mathematical functions. For a logistic function, the sum of the square deviations is smaller than for an exponential or double-exponential function. Hence, the logistic function is suitable to be adapted to the data. This study contributes to the understanding of decomposition of estrogens in river waters. It therefore serves as a basis for assessing the risks of estrogens in the aquatic environment.