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

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Softwareprogramm NIKE dient Vorhersage von Toxizität

Die Bestimmung der Toxizität von bioaktiven Molekülen ist außerordentlich kompliziert. Das EU-finanzierte Projekt DEMETRA hat eine benutzerfreundliche Software entwickelt, mit deren Hilfe die molekulare Toxizität unter Verwendung optimaler Algorithmen für hybride Kombinationsmodelle vorhergesagt werden kann.

Gesundheit

Die Toxizität von Schadstoffen innerhalb der Nahrungskette gibt zunehmend Anlass zur Besorgnis. Ohne Zweifel bemüht man sich zwar auf allen Ebenen, die Verwendung gefährlicher Chemikalien so weit wie möglich einzuschränken, die quantitative Bewertung der Toxizität der Chemikalien, die in großen Mengen in unsere Umwelt abgegeben werden, gehört allerdings noch immer zu den größten Herausforderungen überhaupt. Bislang stammen Daten zur Toxizität von Molekülen hauptsächlich aus Tierversuchen, besonders dann, wenn die Toxizitätsgrenze für Menschen bestimmt werden sollte. Diese Verfahren stoßen jedoch zunehmend auf Widerstand, hauptsächlich aus Kreisen der Tierschutzgegner, aber auch, weil die Ergebnisse mit einem hohen Kosten- und Zeitaufwand verbunden sind. Derartige Versuche werden mit den jüngsten Fortschritten in den Bereichen Biochemie und Computertechnologie nun bald der Vergangenheit angehören. QSAR-Modelle dienen der quantitativen Bestimmung von Struktur-Wirkungs-Beziehungen (Quantitative Structure-Activity Relationships) und können damit eine mathematische Beziehung zwischen der chemischen Struktur und der biologischen Aktivität, unter anderem der Toxizität, herstellen. Die dabei anfallende Unmenge von Daten sollte mit einem speziell für diese Zwecke entwickelten Softwareprogramm bewältigt werden. Dieser Aufgabe stellte sich das DEMETRA-Projekt und entwickelte die dafür geeignete Software, um zuverlässige Aussagen über die Ökotoxizität großer Mengen der zu untersuchenden Pestizide zu treffen. NIKE, so der Name des Softwareprogramms, kombinierte alle im Verlauf des DEMETRA-Projekts gesammelten Daten und speicherte sie zusammen mit den Daten über chemische Strukturen in Form von numerischen chemischen Deskriptoren. Mithilfe entsprechender Algorithmen kann damit die Toxizität gegen vier der wichtigsten Organismen innerhalb der Nahrungskette vorhergesagt werden: der Regenbogenforelle, des Wasserflohs, der Baumwachtel und der Honigbiene. LD50, d. h. die letale Dosis einer toxischen Substanz, bei der 50% der Tiere nach einem festgelegten Zeitraum sterben, wurde für eine realistische Expositionszeit ermittelt. Das Softwareprogramm läuft auf jedem Java-fähigen Computer und ist damit außerordentlich benutzerfreundlich. Das Paket selbst kann auf der offiziellen Webseite von DEMETRA unter http://www.demetra-tox.net heruntergeladen werden. Das Software-Programm kann auf der Homepage ausgeführt, aber auch auf den eigenen Computer heruntergeladen werden. Zusätzlich zum Programm stehen auch eine Benutzeranleitung und ein Einführungsprogramm zur Verfügung. Durch seine Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit ist das Programms für eine breite Gruppe potenzieller Nutzer attraktiv - sowohl aus dem akademischen als auch dem industriellen Umfeld. Davon profitieren können Umweltschutzgruppen, Unternehmen aus der Pharma- und Kosmetikbranche sowie aus dem Bereich Agrochemie, aber auch die Sicherheit unserer Nahrungsketten. Durch weitere Verbesserungen der Software kann zukünftig die Toxizität von neuentwickelten potenziellen biologisch aktiven Molekülen noch besser vorausgesagt werden.

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