Die verfügbaren in vitro Genotoxizitätstests weisen hinsichtlich ihrer Spezifität und ihres Informationsgehalts zum vorliegenden Wirkmechanismus (Mode of Action, MoA) Einschränkungen auf. Um diese Mängel zu überwinden, wurden in dieser Arbeit zwei Ziele verfolgt, die zu der Entwicklung und Etablierung neuer in vitro Methoden zur Prüfung auf Genotoxizität in der Arzneimittelentwicklung beitragen. 1. Etablierung und Bewertung einer neuen in vitro Genotoxizitätsmethode (MultiFlow Methode) Die MultiFlow Methode basiert auf DNA-schadensassoziierten Proteinantworten von γH2AX (DNA-Doppelstrangbrüche), phosphorylierten H3 (S10) (mitotische Zellen), nukleären Protein p53 (Genotoxizität) und cleaved PARP1 (Apoptose) in TK6-Zellen. Insgesamt wurden 31 Modellsubstanzen mit dem MultiFlow Assay und ergänzend mit dem etablierten Mikrokerntest (MicroFlow MNT), auf ihre Fähigkeit verschiedene MoA-Gruppen (Aneugene/Klastogene/Nicht-Genotoxine) zu differenzieren, untersucht. Die Performance der „neuen“ gegenüber der „alten“ Methode führte zu einer verbesserten Sensitivität von 95% gegenüber 90%, Spezifität von 90% gegenüber 72% und einer MoA-Klassifizierungsrate von 85% gegenüber 45% (Aneugen vs. Klastogen). 2. Identifizierung mechanistischer Biomarker zur Klassifizierung genotoxischer Substanzen Die Analyse 67 ausgewählter DNA-schadensassoziierter Gene in der QuantiGene Plex Methode zeigte, dass mehrere Gene gleichzeitig zur MoA-Klassifizierung beitragen können. Die Kombination der höchstrangierten Marker BIK, KIF20A, TP53I3, DDB2 und OGG1 ermöglichte die beste Identifizierungsrate der Modellsubstanzen. Das synergetische Modell kategorisierte 16 von 16 Substanzen korrekt in Aneugene, Klastogene und Nicht-Genotoxine. Unter Verwendung der Leave-One-Out-Kreuzvalidierung wurde das Modell evaluiert und erreichte eine Sensitivität, Spezifität und Prädiktivität von 86%, 83% und 85%. Ergebnisse der traditionellen qPCR Methode zeigten, dass Genotoxizität mit TP53I3, Klastogenität mit ATR und RAD17 und oxidativer Stress mit NFE2L2 detektiert werden kann. Durch die Untersuchungen von posttranslationalen Modifikationen unter Verwendung der High-Content-Imaging-Technologie wurden mechanistische Assoziationen für BubR1 (S670) und pH3 (S28) mit Aneugenität, 53BP1 (S1778) und FANCD2 (S1404) mit Klastogenität, p53 (K373) mit Genotoxizität und Nrf2 (S40) mit oxidativem Stress identifiziert. Diese Arbeit zeigt, dass (Geno)toxine unterschiedliche Gen- und Proteinveränderungen in TK6-Zellen induzieren, die zur Erfassung mechanistischer Aktivitäten und Einteilung (geno)toxischer MoA-Gruppen (Aneugen/Klastogen/ Reaktive Sauerstoffspezies) eingesetzt werden können und daher eine bessere Risikobewertung von Wirkstoffkandidaten ermöglichen. / Available in vitro genotoxicity tests have limitations regarding their specificity and mode of action (MoA) information. To overcome these shortages, two objectives were pursued in this work to develop and establish new in vitro tools for genotoxicity testing. 1. Establishment and evaluation of a novel in vitro genotoxicity method (MultiFlow method) The MultiFlow method is based on DNA damage-related protein responses of γH2AX (DNA double-strand breaks), phosphorylated H3 (S10) (mitotic cells), nuclear protein p53 (genotoxicity) and cleaved PARP1 (apoptosis) in TK6 cells. In total, 31 model substances were studied flow cytometrically in the MultiFlow assay - and also with the well-established micronucleus test (MicroFlow MNT) - for their ability to classify across MoA groups: aneugens, clastogens and non-genotoxicants. The performance of the new method resulted in an improved sensitivity of 95% to 90%, specificity of 90% to 72% and a MoA classification rate of 85% to 45% (aneugen vs. clastogen). 2. Identification of mechanistic biomarkers for the characterization of genotoxicants The analysis of 67 selected DNA-damage associated genes using the QuantiGene Plex method showed that a combinaten of genes can contribute to MoA classification. The combination of the highest-ranked markers (BIK, KIF20A, TP53I3, DDB2 and OGG1) highlighted the best identification rate of model substances. The synergistic statistic tool correctly categorized 16 of 16 substances into aneugens, clastogens and non-genotoxicants. By using leave-one out cross validation, the model was evaluated and achieved a sensitivity, specificity and predictivity of 86%, 83%, 85% respectively. Follow-up with qPCR was conducted and revealed associations with TP53I3 for genotoxicity, ATR and RAD17 for clastogenicity and NFE2L2 for oxidative stress. By investigating posttranslational modifications using high-content imaging, associations for BubR1 (S670) and pH3 (S28) with aneugenicity, 53BP1 (S1778) and FANCD2 (S1404) with clastogenicity, p53 (K373) with genotoxicity and Nrf2 (S40) with oxidative stress were found to be further useful for MoA identification. This work demonstrates that genotoxicants and non-genotoxicants induce different gene- and protein expression changes in the TK6 cells that can be used to classify the MoA groups (aneugen/clastogen/non-genotoxicant/reactive oxygen species), thus enabling better risk assessment of potential drug candidates.

Insulin ist ein essentielles Hormon im menschlichen Körper, welches für die Senkung der Blutglukosekonzentration, die Bildung von Energiespeichern und das Zellwachstum verantwortlich ist. Eine mit der Fehlregulation der Insulinproduktion einhergehenden Krankheit ist der Diabetes mellitus. Für diese Arbeit spielt der Typ 2 dieser Erkrankung eine wichtige Rolle. Es entwickelt sich bei Patienten mit diesem Typ des Diabetes mellitus langsam eine Insulinresistenz, die zunächst durch eine kompensatorische Überproduktion von Insulin charakterisiert ist. Dieser Zustand der Hyperinsulinämie kann Jahre bis Jahrzehnte andauern, ehe es zu einem Versagen der ß-Zellen des Pankreas und somit zu einer Hypoinsulinämie kommt. In dieser Arbeit war es Ziel herauszufinden, ob diese lange Zeit herrschende Hyperinsulinämie einen Einfluss auf die menschliche DNA hat. Die Genotoxizität von hohen Insulinkonzentrationen wurde in Hep-G2 Zellen, HT29 Zellen, sowie primären humanen peripheren Lymphozyten mithilfe des Comet Assays und des Mikrokerntests nachgewiesen. Oxidativer Stress bzw. dessen Reduzierung durch Antioxidantien und Inhibitoren wurde in HT29 Zellen mithilfe der DHE-Färbung detektiert. Diese Arbeit belegt dass sich Insulin schädigend auf das menschliche Genom in vitro auswirken kann. Eine besondere Relevanz haben die durchgeführten Experimente mit primären menschlichen Lymphozyten. Denn bei ihnen handelt es sich um Zellen, die im Gegensatz zu der auch genutzten humanen Leberkarzinomzelllinie Hep-G2 und der humanen Kolonkarzinomzelllinie HT29 nicht transformiert sind. Eine weitere wesentliche Erkenntnis dieser Arbeit ist, dass schon pathophysiologisch vorliegende Insulinkonzentrationen in der Lage sind Genomschädigungen in vitro zu induzieren. HT29 Zellen zeigten bei Kurzzeitbehandlung mit nur 1nM Insulin eine signifikante Erhöhung der DNA-Schädigung. Bei Langzeitexposition von 6 Tagen konnten schon 0,5nM signifikante DNA-Schäden hervorrufen. Diese durch Insulin hervorgerufenen Schäden könnten, falls sie so auch in vivo entstehen, bei Versagen von Reparaturmechanismen zur Entstehung von Mutationen und sich daraus entwickelnden Karzinomen beitragen. Aus diesem Grund war ein weiteres Ziel dieser Arbeit herauszufinden, ob bestimmte Antioxidantien oder Inhibitoren in der Lage sind die Insulin-induzierten Genomschädigungen zu verringern. Hierfür wurde Tempol, Apocynin, Plumbagin, VAS2870, Rotenone, PPP, HNMPA-(AM)3 und Wortmannin genutzt. Tatsächlich sind diese Substanzen in der Lage die durch Insulin hervorgerufene Schädigung zu reduzieren. Die positiven Ergebnisse dieser Arbeit könnten einen ersten Hinweis auf eine mögliche pharmakologische Intervention bei Hyperinsulinämie mit dem Ziel der Senkung des erhöhten Krebsrisikos geben. Eine wichtige Erkenntnis aus den Ergebnissen meiner Arbeit ist, dass die Reduzierung des oxidativen Stresses eine Reduzierung der Genomschädigung bewirkt. Die genutzten Substanzen Apocynin, Tempol, VAS2870 und Rotenone bewirkten in HT29 Zellen eine signifikante Reduzierung des durch Insulin ausgelösten oxidativen Stresses. Um aber genauere Aussagen über Möglichkeiten der Therapie bei Hyperinsulinämie zu treffen, sollten Folgestudien auch in vivo folgen, welche die in dieser Arbeit beschriebenen Effekte bestätigen. / Insulin is an essential hormone in the human body, which is responsible for the reduction of blood glucose concentration, the formation of energy holding compounds, and cell growth. A disease associated with the dysregulation of insulin production is diabetes mellitus. For this work, the type 2 of the disease plays an important role. Patients with this type of diabetes mellitus gradually develop an insulin resistance, which is initially characterized by a compensatory overproduction of insulin. This state of hyperinsulinemia may last years or even decades, before it comes to a break-down of the beta cells of the pancreas, and hence to a hypoinsulinemia. The target of this study was to evaluate, whether these long term lasting hyperinsulinemia has an impact on human DNA. The genotoxicity of high insulin concentrations was detected in HepG2 cells, HT29 cells as well as primary human peripheral lymphocytes, using the comet assay and the micronucleus test. Oxidative stress and it´s reduction by antioxidants and inhibitors was detected in HT29 cells using the DHE staining. This work shows that insulin may damage the human genome in vitro. A special relevance show experiments carried out with primary human lymphocytes. Because these are not transformed like the human liver carcinoma cell line HepG2, and the human colon carcinoma cell line HT29, also studied. Another significant finding of this study is, that even pathophysiologically present insulin concentrations are capable to damage the genome in vitro. HT29 cells showed a significant increase in DNA damage when short-term treated with only 1nM insulin. After long-term exposure of 6 days already 0.5nM were capable to significantly damage DNA. This induced insulin damage could, if also occurring in vivo, contribute to the development of mutations and carcinomas, if mechanisms of repairs are failing. A further aim of this study was therefore to check whether certain antioxidants or inhibitors would be capable of reducing insulin-induced genome damages. For this Tempol, Apocynin, Plumbagin, VAS2870, Rotenone, PPP, HNMPA-(AM)3 and Wortmannin were used. In fact, these substances are capable to reduce the damage caused by insulin. The positive results of this work could be a first indication of a possible pharmacological intervention against hyperinsulinemia with the aim of lowering stringent cancer risk. An important conclusion of the results of my work is that reduction of oxidative stress results in a reduction of genome damage. The substances used, Apocynin, Tempol, VAS2870 and Rotenone, caused a significant reduction of insulin-induced oxidative stress, in HT29 cells. In order to make more detailed statements about possibilities of hyperinsulinemia therapy, follow-up studies in vivo are required which would back-up the findings of this study.

Einleitung: Zinkoxid (ZnO) ist eines der am häufigsten für industrielle Produktionen und Konsumgüter eingesetzten Nanomaterialien. Zytotoxizität von ZnO-Nanopartikeln (NP) war bereits Gegenstand einiger Studien, jedoch sind die molekularen Schädigungsmechanismen nicht gänzlich geklärt. Über genotoxische Eigenschaften, die bereits bei sub-zytotoxischen Dosen auftreten können, ist im Allgemeinen weniger bekannt. Ziel dieser Studie war die Erstellung eines umfassenden Toxizitätsprofils von ZnO-NP durch Einsatz multipler Testsysteme. Methoden: Neben der Plattenepithelkarzinom-Zelllinie FaDu wurden humane mesenchymale Knochenmarkstammzellen (BMSC) für unterschiedliche Zeiträume und Konzentrationen mit ZnO-NP behandelt. Zytotoxizität, Apoptoseinduktion und Zellzyklusalteration wurden durch MTT-Test, PCR und Durchflusszytometrie analysiert. Mit dem fpg-modifizierten Comet Assay wurden der Einfluss von oxidativem Stress auf das Gesamtausmaß der DNA-Schädigung untersucht. Ergebnisse: ZnO-NP führten im MTT-Test ab 8 µg/ml zu einer Reduktion der Vitalität in FaDu-Zellen. Durchflusszytometrisch wurden eine dosis- und zeitabhängige Zunahme von Apoptose sowie Veränderungen des Zellzyklus nachgewiesen. Im Comet Assay konnte nach Inkubation mit 5 µg/ml ZnO-NP eine signifikante DNA-Fragmentierung in BMSC nachgewiesen werden. Bei allen getesteten Konzentrationen wurde oxidativer Stress als wichtiger Einflussfaktor der Schädigung nachgewiesen. Diskussion: Vorliegende Studie liefert Hinweise dafür, dass ZnO-NP toxisch sind. Gegenwärtig ist eine definitive Aussage über das schädigende Potenzial von NP nicht zu treffen, da der Vergleich verschiedener Studien kaum möglich ist. Gerade die Verwendung von ZnO-NP als Bestandteil von Kosmetikprodukten, die repetitiv in geringen Mengen von Verbrauchern appliziert werden, sollte jedoch kritisch betrachtet werden. / Introduction: Zinc oxide (ZnO) is among the most commonly used nanomaterials for consumer products. Cytotoxicity of ZnO-nanoparticles (ZnO-NP) has already been addressed in several studies; however, there is still a lack of knowledge concerning the molecular mechanisms of toxicity. As to genotoxicity, which can already occur at sub-toxic doses, data is generally rare. It was therefore the aim of this study to establish a broad profile of toxicity for ZnO-NP by applying multiple test systems. Methods: Besides the head and neck squamous cell carcinoma-derived cell line FaDu, primary human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BMSC) were treated with ZnO-NP with variable doses and for different time periods. Cytotoxicity, induction of apoptosis and cell cycle alteration were assessed by MTT-Test, PCR and flow cytometry. Fpg-modified Comet Assay was used to determine the influence of oxidative stress with regard to the total DNA-damage. Results: 8 µg/ml ZnO-NP reduced cell viability in FaDu cells in the MTT-Test. Dose- and time-dependent increase of apoptosis and alterations of the cell cycle were verified by flow cytometry. After incubation with 5 µg/ml ZnO-NP a significant DNA-fragmentation was measured in BMSC with the Comet Assay. In all tested concentrations oxidative stress could be identified as an important factor of cell damage. Discussion: This study provides evidence that ZnO-NP are toxic. At the current point a definite statement concerning the damaging potential of ZnO-NP is not to be made because the comparison between different studies is not possible. Yet especially the repetitive low-dose application of ZnO-NP as component of cosmetic products should be investigated toxicologically.

Als Prüfung auf das genotoxische Potenzial einer Substanz ist die Entstehung von Micronuclei in proliferierendem Gewebe als genetischer Endpunkt wissenschaftlich und behördlich anerkannt. Zugrunde liegendes Experimentalmodell für diesen Test sind zumeist Mäuse und Ratten, deren Knochenmark das Zielgewebe dieses Tests darstellt. Dieses Testmodell geht mit dem Tod der verwendeten Tiere einher. Die vorliegende Arbeit greift den von Wolf & Lüpke (1997) sowie Wolf (1999) vorgestellten HET-MN (Hen’s Egg Test for MicroNucleus induction) auf, der angebrütete Hühnereier als Experimentalmodell verwendet (Bebrütungsdauer 11 Tage, d11). Zielorgan ist das periphere Blut der extraembryonalen Membranen. Das entnommene Blut wurde nach modifizierten hämatologischen Standard-verfahren angefärbt und die Zellen im Hellfeld-Durchlicht-Mikroskop bei 1000-facher Vergrößerung ausgezählt. Anhand der nucleosidanalogen Reverse Transkriptase Hemmer Zidovudin, Stavudin, Zalcitabin, Lamivudin und Didanosin fand ein Abgleich mit den durch Tierversuche gewonnenen Daten statt. In den versuchsreihen zu Zidovudin, Stavudin Zalcitabin, Didanosin und in den Kombinationsversuchen mit Zidovudin und Didanosin konnten die Daten aus der Literatur reproduzierbar bestätigt werden; wobei der HET-MN sensitiver reagierte als das Testmodell am Tier. Für Lamivudin konnte reproduzierbar eine biologisch und statistisch relevante, dosisabhängige Erhöhung der Micronucleusfrequenz erzielt werden. Damit steht der HET-MN in Kontrast zu den in der Literatur verfügbaren Informationen. Die im HET-MN gewonnenen Daten ließen in allen Versuchsreihen auf vergleichbare oder höhere Sensitivität als im Micronucleustest an Nagern schließen. Damit stellt der HET-MN eine kostengünstige und methodisch leicht durchführbare Alternative zum Tierversuch dar und wird trotz seiner hohen Komplexität und den damit verbundenen in-vivo-ähnlichen Bedingungen allen Belangen des Tierschutzes gerecht.

Shisha-Tabak benötigt im Vergleich zur Zigarette höhere Konzentrationen des Feuchthaltemittels Glycerin. Seit Mai 2016 ist die bis dahin gültige Limitierung von Feuchthaltemitteln in Tabak auf 5 % aufgehoben. Derzeit ist das toxikologische Profil des Glycerins jedoch noch nicht hinreichend erforscht. Ziel dieser Arbeit war es, Glycerin auf mögliche zyto- und genotoxische Effekte zu untersuchen, um so das Gefährdungspotenzial durch Glycerin im Shisha-Tabak zu beurteilen und die tabakkontrollpolitische Situation in Deutschland zu diskutieren. Dafür wurden Lymphozyten sowie Nasenschleimhautzellen von 10 Patienten für eine Stunde Glycerin (0,001 mol/l bis 6,0 mol/l) exponiert. Durch den Trypanblau-Ausschlusstest wurden die Zellen auf Zytotoxizität, mittels Einzelzellgelelektrophorese (Comet Assay) und Mikrokern-Test auf Genotoxizität untersucht. Im Trypanblau-Ausschlusstest traten bei Lymphozyten sowie nasalen Mukosazellen signifikante Vitalitätsabfälle ab Glycerin-Konzentrationen von 1,0 mol/l auf. Im Comet Assay konnten für beide Zellgruppen signifikante Unterschiede des Olive Tail Moments (OTM) ab 1,0 mol/l nachgewiesen werden. Beim Mikrokern-Test zeigten sich keine signifikanten Zunahmen der Mikrokern-Anzahl. Es konnten zyto- und genotoxische Effekte ab Konzentrationen von 1,0 mol/l nachgewiesen werden. Dies überschreitet die reale Glycerin-Belastung im Hauptstromrauch der Shisha jedoch deutlich. Dennoch handelt es sich bei Genotoxizität um ein stochastisches Risiko. Ebenso sind toxische Effekte, beispielsweise durch Erhitzung, bereits bei geringeren Konzentrationen denkbar. Für eine umfangreichere Beurteilung von Feuchthaltemitteln im Shisha-Tabak sind weitere Untersuchungen indiziert. Darüber hinaus besteht enormer Handlungsbedarf zur weiteren Einführung tabakkontrollpolitischer Maßnahmen in Deutschland. / Shisha tobacco has a higher amount of glycerol than cigarette tobacco. Moreover, new legislation in Germany cancels the old limitation of humectants in shisha tobacco. Although higher amounts of glycerol in tobacco are expected, the knowledge of the toxicological profile of glycerol regarding human cells is incomplete. Aim of the study was to test glycerol for cytotoxic and genotoxic effects and to discuss the risk of humectants in shisha tobacco and the situation of German tobacco control. Lymphocytes and nasal mucosa cells of 10 patients were exposed to different glycerol levels (0.001 mol/l to 6.0 mol/l). Cytotoxic effects were examined by trypan blue exclusion test, genotoxic effects by comet assay and micronucleus test. The trypan blue exclusion test revealed significant cytotoxic effects on lymphocytes and nasal mucosa cells for glycerol concentrations of 1.0 mol/l and higher. In the comet assay a significant DNA damage could be shown for glycerol levels of 1.0 mol/l and higher. No significant micronucleus formation was monitored. While the geno- and cytotoxicity were seen in concentrations of glycerol clearly exceeding the concentrations in main stream smoke of shishas, genotoxicity is a stochastic risk occurring even at subtoxic levels. Furthermore, toxicity in lower levels could result from tobacco combustion or interactions with other smoke components. For an extensive evaluation of the risks of humectants in shisha tobacco further studies are needed. In addition, there is an enormous need for introducing further measures of tobacco control policy in Germany.

Der Hen´s Egg Test for Micronucleus-Induction (HET-MN) wurde bereits mehrfach als ein alternatives, versuchstierfreies Testsystem für in-vivo Mutagenitätstests am Nager unter Verwendung von angebrüteten Hühnereiern vorgestellt (Wolf and Luepke 1997; Wolf, Niehaus-Rolf et al. 2002; Wolf, Niehaus-Rolf et al. 2003; Wolf, Niehaus-Rolf et al. 2008). Während der häufig verwendete in-vivo Micronucleustest am Nager aufgrund seines komplexen in-vivo Stoffwechsel für die Bewertung von Mutagenen sehr gute Ergebnisse liefert (Wolf 2003), können Alternativen zur Testung am Tier, zum Beispiel in-vitro Micronucleustests, die Vorteile der in-vivo Testung nicht erreichen, weshalb sie häufig zu sensitiv sind. Gegenüber herkömmlichen in-vitro Tests stellt die Komplexität des angebrüteten Hühnereis, welches sowohl toxikodynamische als auch toxikokinetische Wirkungen der Prüfsubstanz aufzeigen kann, einen besonderen Vorteil dar, so dass der HET-MN unter anderem nicht nur direkte Mutagene sondern auch Promutagene detektieren kann. Mit Hilfe von zehn ausgewählten Substanzen wurde in dieser Arbeit die Prädiktivität des HET-MN weiter untersucht. Hierzu gehörten, neben den in-vitro und in-vivo negativen Stoffen Ephedrin-HCl und Ampicillin-Natrium und den in-vitro und in-vivo positiven Substanzen para-Chloranilin, Carbendazim und Vinorelbintartrat, auch die fünf so genannten irrelevant positiven Substanzen Isophoron, 2,4-Dichlorphenol, Phthalsäureanhydrid, Menthol und Malathion, für die uneinheitliche in-vivo und in-vitro Daten vorliegen, die aber aufgrund validierter Testverfahren als in-vivo negativ eingestuft werden. Die im HET-MN ermittelten Ergebnisse zeigen für alle zehn Substanzen, im Vergleich zu den gängigen Einstufungen auf Grundlage validierter Tests, eine vollständige Übereinstimmung und damit eine sehr hohe Prädiktivität des HET-MN. Die Ergebnisse stärken daher die Position des HET-MN als einen zuverlässigen in-vitro Test mit besonderen metabolischen Fähigkeiten, der darüber hinaus dazu beitragen kann, so genannte irrelevant positive Substanzen besser einzustufen.

Im Rahmen der Studien zur Wirkung von Bleinitrat auf die Embryonalstadien des afrikanischen Welses Clarias gariepinus wurde zunächst der Einfluß der Besamung auf den Härtungsprozess des Chorions untersucht, um die Bedeutung des gehärteten Chorions als Schutzfunktion im Hinblick auf Schadstoffeinwirkung zu klären. Das Studium der Embryonalentwicklung war erforderlich, um das Ausmaß der Änderung der Normalentwicklung unter dem Einfluß von Bleinitrat bewerten zu können. Im Rahmen der toxikologischen Untersuchungen der Wirkung des Bleinitrats auf die Embryonalstadien wurden folgende biologische Marker (Biomarker) betrachtet: Änderungen in der Entwicklung und der Schlüpfrate, morphologische und histologische Änderungen, sowie biochemische Veränderungen (Änderungen von Stoffwechsel-Enzymaktivitäten) und molekulare Veränderungen (Erfassung von DNA-Schädigungen). Die Exposition der besamten Eier mit Bleinitrat führte zu einer Verlängerung der Inkubationszeit und zu starken Mißbildungen. Der Rückgang der Häufigkeiten der Mißbildungen mit der Zeit ließ die Annahme zu, daß die mißgebildeten Embryonen starben. Im Gegensatz zu den morphologischen Mißbildungen wurden histopathologische Effekte nur bei Embryonen gefunden, die den höchsten Dosierungen (300 µg/l und 500 µg/l Bleinitrat) ausgesetzt waren. Nach dem Schlupf war das Muster der Enzymaktivitäten nach Exposition mit Bleinitrat uneinheitlich; die Aktivität von G6PDH nahm zu, die von LDH nahm ab und die von PK zeigte unregelmäßige Fluktuationen. Die Embryonalstadien zeigten signifikante Dosis-abhängige Antworten über die Zeit, da das Ausmaß der DNA-Schädigungen signifikant mit den Bleinitrat Konzentrationen anstieg. Vor dem Schlupf konnten bei den Embryonen nach Bleinitrat Exposition keine Änderungen in den Enzymaktivitäten gefunden werden und nur geringe DNA-Schädigungen, d.h die toxischen Effekte waren sehr gering. Eine Erklärung könnte die schützende Wirkung der Eihülle gegenüber Schadstoffen sein. Die gewählten Biomarker stellen sensitive Detektionsmethoden für Bleinitrat dar. So könnten sie sich als sinnvolle Bioindikatoren für Ägypten erweisen, da dort zunehmend Umweltverschmutzung mit Blei und Bleiakkumulation in Lebensmitteln zu verzeichnen ist. / In order to study the embryo-toxic effects of lead nitrate of the African catfish Clarias gariepinus, we first had to study the effect of fertilization on the hardening process of the chorion to clarify the role of the hardened chorion on the protection of the embryo from the pollutants. Also we had to study the embryonic development of C. gariepinus for providing us with a model for comparison when normal patterns of development are altered due the exposure to lead nitrate. The present toxicological work focuses on lead toxicity in different developmental stages of C. gariepinus considering different biological markers (biomarkers) comprising changes in the development and hatching rate, morphological and histological changes, biochemical changes (alteration of metabolic enzymes activity) and molecular changes (monitoring of DNA damage). Exposure of fertilized eggs to lead nitrate prolonged the incubation period and caused severe morphological malformations. Since the frequencies of the morphological malformations decreased with time, we conclude a lethal impact and selected mortality of abnormal embryos. Unlike the morphological malformation, histopathological changes were only recorded in embryos exposed to the highest dosages (300 µg/l and 500 µg/l lead nitrate). In the post-hatching stages, the patterns of the enzymes activities after lead exposure varied, G6PDH increased, LDH decreased and PK showed fluctuations. Embryonic stages revealed significant dose-related DNA damage response over time, since the degree of DNA damage increased significantly with higher lead concentrations. No specific response in the activities of the selected enzymes and low DNA damage were recorded in the pre-hatching stage after exposure to the lead nitrate doses. This means the lead nitrate had a minute toxic effect on the pre-hatched embryos. We conclude that, low susceptibility in pre-hatching stages is most probably a consequence of the chorion, which seems to protect the embryos from a range of external pollutants. The selected biomarkers were sensitive detection methods for low-level toxicity of lead nitrate. Thus, these are useful tools for biomonitoring, urgently required in Egypt with regard to increasing environmental deposition of lead and bioaccumulation in human food recently observed.