Forschende des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) haben ein bahnbrechendes Screening-Verfahren entwickelt, das die Prüfung von Chemikalien auf neurotoxische Wirkungen deutlich beschleunigt und vereinfacht. Mit dem Zebrafischmodell können potenziell schädliche Substanzen, die das Gehirn oder dessen Entwicklung beeinträchtigen, schnell, kostengünstig und ohne herkömmliche Tierversuche identifiziert werden. Die Studie, veröffentlicht im Fachmagazin Environmental Health Perspectives, zeigt nicht nur die Effizienz des neuen Verfahrens, sondern deckt auch die neurotoxische Wirkung der Chemikalie Chlorophen auf.
Weltweit sind etwa 350.000 Chemikalien im kommerziellen Gebrauch, doch nur ein Bruchteil – rund 200 Substanzen – wurde bisher auf neurotoxische Eigenschaften untersucht. Herkömmliche Testmethoden sind zeitaufwendig, kostspielig und setzen meist Ratten oder Mäuse ein, was ethische Bedenken aufwirft. Das UFZ-Team setzt hier an und nutzt Embryonen des Zebrabärblings (Danio rerio), dessen Gene zu etwa 70 Prozent mit denen des Menschen übereinstimmen. Dies macht das Modell nicht nur für Hochdurchsatztests geeignet, sondern auch für Rückschlüsse auf mögliche Auswirkungen auf den Menschen.
Das neue Verfahren basiert auf der Beobachtung einfacher Lernprozesse, wie der Gewöhnung an wiederkehrende Reize. Akustische oder visuelle Signale lösen bei Zebrafischembryonen Reflexe wie Fluchtbewegungen aus, die bei wiederholtem Reiz nachlassen, wenn der Reiz als harmlos erkannt wird. Durch systematische Variation von Reizen in Häufigkeit, Dauer und Intensität entwickelten die Forschenden ein standardisiertes Testsystem. Dieses ermöglicht es, Verhaltensänderungen als Indikator für neurotoxische Wirkungen zu nutzen. Bekannte Substanzen dienten zunächst als Referenz, um charakteristische Verhaltensmuster – sogenannte Verhaltens-Fingerabdrücke – zu erstellen, die Rückschlüsse auf Störungen im Nervensystem erlauben.
Im Fokus der Untersuchungen stand die Chemikalie Chlorophen, ein Biozid, das im Test erhebliche neurotoxische Effekte zeigte. So blockierte Chlorophen die Fähigkeit der Fischembryonen, sich an akustische Reize zu gewöhnen, und führte zu einer sogenannten paradoxen Erregung: Während die Embryonen auf akustische Reize reagierten, blieben visuelle Reize wirkungslos – ein Phänomen, das sonst bei bestimmten Narkotika auftritt. Die Forschenden identifizierten, dass Chlorophen über GABAA-Rezeptoren wirkt, die im Zentralnervensystem eine zentrale Rolle bei der Verhaltenssteuerung spielen. Weitere Tests mit Mäuse- und menschlichen Zellmodellen sowie Computermodellen bestätigten diese Erkenntnisse.
Interessanterweise beeinflusste Chlorophen auch das Lernverhalten über einen weiteren Mechanismus, vermutlich über spezielle Kaliumkanäle. Tests mit dem Schmerzmittel Flupirtin, das ähnliche Effekte zeigte, untermauerten diese Hypothese. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass Chlorophen über mehrere molekulare Mechanismen wirkt, was die Komplexität neurotoxischer Substanzen unterstreicht.
Das neue Verfahren bietet enormes Potenzial für die Chemikaliensicherheit. Es ermöglicht nicht nur schnellere und ethisch unbedenkliche Tests, sondern unterstützt auch die Ziele der EU-Chemikalienstrategie und des European Green Deal, gefährliche Substanzen frühzeitig zu erkennen. Die Forschenden betonen, dass die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf andere Modelle – wie Maus- und Humanzellen – das Vertrauen in die Zebrafisch-Plattform stärkt. Dies könnte die Lücke in der Neurotoxizitätsprüfung schließen und die menschliche Gesundheit besser vor schädlichen Chemikalien schützen.
Das UFZ-Team plant, das Verfahren weiter zu verfeinern, um noch mehr Chemikalien und Mischungen effizient testen zu können. Damit leisten sie einen wichtigen Beitrag, um die Risiken von Umweltchemikalien für Mensch und Natur zu minimieren.
