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Development of environmental modules for evaluation of toxicity of pesticide residues in agriculture

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Modelle zur Erfassung toxischer Daten von Pestiziden in der Nahrungskette

Für die Entwicklung von QSAR-Modellen wurden Daten zur Toxikologie von Pestiziden über deren Struktur und biologische Aktivität erfasst. Mit Hilfe dieser Modelle konnten realistische Vorhersagen über die Nahrungsmitteltoxizität der Baumwachtel (bobwhite quail) getroffen werden.

Gesundheit

Die Vorhersage der Aktivität von Biomolekülen mittels Datenbanken und Modellen gewinnt als Werkzeug zunehmend an Bedeutung. Mit ihm kann der Toxizitätsgrad verschiedener Gruppen von Chemikalien, unter anderem von Pestiziden, vorhergesagt werden. Durch den Einsatz von QSAR-Modellen (Quantitative Structure-Activity Relationship) muss die Bewahrung unserer Ökosysteme nicht länger den Wirtschaftsinteressen unserer Industrie entgegen stehen. Mit Hilfe von QSAR-Modellen könnten bald viele herkömmliche zeit- und kostenintensive Biotoxizitätsuntersuchungen der Vergangenheit angehören. Zu den Zielen des EU-finanzierten Projekts DEMETRA gehörte die Entwicklung von Softwareprogrammen zur Vorhersage der chemischen Toxizität bei vier der wichtigsten Organismen innerhalb unserer Nahrungsketten. An den Tests waren unter anderem Gruppen von Ökotoxikologen und Vertretern von Industrie und Regierungsorganisationen beteiligt. Um Modelle zur Bestimmung der Nahrungsmitteltoxizität der Baumwachtel zu entwickeln, sammelten die Projektpartner am Mario-Negri-Institut für Pharmakologische Forschung in Italien Daten zu einem Satz aus 98 Pestiziden. Die Studie bestand aus zwei Hauptteilen: der vollständigen Beschreibung der chemischen Verbindungen sowie der Erfassung verlässlicher und umfassender Daten zu deren Toxizität. Die Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) stellte Leitsätze für die Validierung von QSAR-Modellen auf. Eines der Kriterien war, dass die Toxizitätsdatenbank möglichst viele Daten enthalten sollte. Zur Realisierung des QSAR-Modells entschied sich die Gruppe daher für die Nutzung der EPA-OPP-Datenbank (Environmental Protection Agency Office Pesticide Program). Zu Vergleichszwecken wurden weitere zuverlässige Datenquellen einbezogen, um die Daten zu bestätigen und somit genauere Ergebnisse zu erzielen. Die Forscher entwickelten eine Methode, mit der jeder Verbindung aus mehreren Daten ein Einzelwert zugeordnet werden konnte, und verwendeten strenge Filter, um zuverlässige Ergebnisse zu gewährleisten. Die Projektgruppe gliederte die Beschreibung der Verbindungen in drei Informationsebenen - die chemische Ebene (Beschreibung der molekularen Eigenschaften), die mathematische Ebene (der Moleküldeskriptor) und einen Satz mit den entsprechenden Toxizitätswerten für jede Verbindung. Zu den voraussichtlichen Nutzern gehören die Eigentümer der verwendeten Datenbanken. Dies ist ungefähr die Ebene, auf der die Zusammenarbeit realisiert werden soll, denn so können diese Daten zum Zweck eines "externen Audits" zusammengeführt werden und der Validitätskontrolle dienen. Weitere Nutzer sind unter anderem Aufsichtsbehörden, Industrie, akademische Forschung und auch die breite Öffentlichkeit, da die Daten auf der Webseite von DEMETRA frei abrufbar sind: http://www.demetra-tox.net. Ziel der Arbeit ist es, die Basis für die Entwicklung neuer Ansätze beim Einsatz von QSAR-Modellen zu schaffen.

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