Aus der Einleitung: "Xenobiotika werden durch den Menschen in die Stoffkreisläufe der Natur eingebracht, sie sind dort ursprünglich nicht anzutreffen. Dazu zählen auch Medikamente, die der menschliche Körper in kurzer Zeit wieder ausscheidet ohne diese abzubauen. Die bestehenden Abwasserreinigungsanlagen sind derzeit nicht in der Lage diese Frachten vollständig zu eliminieren, sodass sie unweigerlich in die Umwelt gelangen und dort undefiniert Einfluss nehmen. Xenobiotika können bereits in den großen Wasserreservoirs der Erde detektiert werden, die Prognose für die nächsten Jahre zeigt eine 30% Steigerung der Emissionen auf. In Deutschland gelangen z.B. jährlich 63 Tonnen des Schmerzmittels Diclofenac in die Flüsse (Bundesumweltamt 2014). Der Mensch hinterlässt regelrechte anthropogene Fußabdrücke, bestehend aus Schmerzmitteln, Antibiotika und Hormonen. Die problematischen Emissionen einiger Xenobiotika treten anhand von Folgeerscheinungen weltweit immer gravierender zutage (Bundesumweltamt 2014). So müssen das globale Artensterben (Geier in Indien), die Verweiblichung von Tierpopulationen in aquatischen Systemen und Krebserkrankungen mit partiell hohen Xenobiotika-Belastungen in der Umwelt in Zusammenhang gebracht werden. Die Entfernung von Xenobiotika insbesondere aus den Wasserkreisläufen stellt eine große ökonomische als auch ökologische Herausforderung zum Schutz der Lebensräume dar. ..."

Aus der Einleitung: "Xenobiotika werden durch den Menschen in die Stoffkreisläufe der Natur eingebracht, sie sind dort ursprünglich nicht anzutreffen. Dazu zählen auch Medikamente, die der menschliche Körper in kurzer Zeit wieder ausscheidet ohne diese abzubauen. Die bestehenden Abwasserreinigungsanlagen sind derzeit nicht in der Lage diese Frachten vollständig zu eliminieren, sodass sie unweigerlich in die Umwelt gelangen und dort undefiniert Einfluss nehmen. Xenobiotika können bereits in den großen Wasserreservoirs der Erde detektiert werden, die Prognose für die nächsten Jahre zeigt eine 30% Steigerung der Emissionen auf. In Deutschland gelangen z.B. jährlich 63 Tonnen des Schmerzmittels Diclofenac in die Flüsse (Bundesumweltamt 2014). Der Mensch hinterlässt regelrechte anthropogene Fußabdrücke, bestehend aus Schmerzmitteln, Antibiotika und Hormonen. Die problematischen Emissionen einiger Xenobiotika treten anhand von Folgeerscheinungen weltweit immer gravierender zutage (Bundesumweltamt 2014). So müssen das globale Artensterben (Geier in Indien), die Verweiblichung von Tierpopulationen in aquatischen Systemen und Krebserkrankungen mit partiell hohen Xenobiotika-Belastungen in der Umwelt in Zusammenhang gebracht werden. Die Entfernung von Xenobiotika insbesondere aus den Wasserkreisläufen stellt eine große ökonomische als auch ökologische Herausforderung zum Schutz der Lebensräume dar. ..."

Pollution of the aquatic environment by inorganic and organic chemicals is a major factor posing a serious threat to the survival of aquatic organisms including fish. In addition balancing risks and benefits of fish consumption is nowadays an intensively discussed public health topic. Spermatozoa of almost all fish species are released into water environment where they can be directly exposed to various compounds, such as xenobiotics including toxic metals, prior to fertilization. In addition, exposure of parental adults to various xenobiotics may affect gamete quality, which may subsequently reduce fertilization success. On the other hand the advantages of eating fish are well-known, not only in the point that fish is a healthy source of protein and other nutrients, but eating contaminated fish may also confer various health benefits. Research over the past few decades has shown that the nutrients and particularly the n-3 fatty acids (FA) found in fish and seafood, are for examples protective against cardiac diseases and have a positive impact on brain development. The thesis provides a focus on two different cell model types. Firstly, human hepatocellular cells (Hep G2, ATCC) were used as in vitro tool for studying the effect of the intake of cadmium (Cd2+) contaminated fish on cytotoxicity, oxidative stress and fatty acid and phospholipid class compositions. Secondly, spermatozoa of one threatened species of fish, sterlet (Acipenser ruthenus) were used as in vitro model for studying effect of potentially hazardous xenobiotic compounds' occurring in open waters. Sperm from sterlet were exposed for 2h to environmentally relevant concentrations of DQ (0-150

This thesis deals with advanced oxidation processes (AOPs) and it’s use for removal of micropollutants from wastewater. The first chapter explains the need AOPs, water quality, pollution and substances that are present in the water. Further, the first chapter outlines approach of the current legislation to micropollutants. The second chapter explains the theory and principle of operation of AOPs. This chapter is divided into two sections. The first section describes AOPs, which were tested at selected WWTP. In the second section, there are described some other AOPs. The third chapter is a literature retrieval of AOPs dealing with the removal of micropollutants. This chapter is focused on the removal of hormones by AOPs using ozone-based AOPs. The fourth chapter describes the actual testing of selected AOPs. The chapter describes selected WWTP, pilot-scale AOP unit and test results. In the last chapter there is designed and described full-scale AOP tertiary unit for removing of micropollutants. The last chapter also contains economic analysis of the proposed tertiary unit.

Die Ätiologie von entzündlichen Pankreaserkrankungen, insbesondere bei den idiopathischen Pankreatitiden, ist weitgehend noch nicht verstanden. In der folgenden Arbeit sollen immunologische und molekularbiologische Aspekte zu Pankreaserkrankungen unter Berücksichtigung eigener Untersuchungen dargestellt werden. Zu Beginn unserer Arbeit haben wir untersucht inwieweit immunologische Veränderungen an der Entstehung einer chronischen Pankreatitis beteiligt sind. Wir fanden eine systemische Aktivierung des zellulären Immunsystems, ohne dass sich Unterschiede zwischen idiopathischer und alkoholtoxischer Pankreatitis ergaben. Im folgenden haben wir uns mit dem molekularbiologischen Hintergrund von entzündlichen und malignen Pankreaserkrankungen beschäftigt. Eine genetische Modellerkrankung ist die hereditäre Pankreatitis, deren genetische Ursache 1996 mit der Entdeckung zweier Mutationen im kationischen Trypsinogen entschlüsselt wurde. Mit der Identifizierung einer neuen Mutation im kationischen Trypsinogen und deren funktionellen Charakterisierung konnten wir hier zum weiteren Verständnis dieser Erkrankung beitragen. Weitere Untersuchungen beschäftigten sich mit dem genetischen Hintergrund bei Patienten mit idiopathischer Pankreatitis. Bei etwa 30% dieser Patienten fanden wir ein abnormales Allel im Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator (CFTR) Gen und bei einzelnen Patienten einen Polymorphismus im Serine Proteasen Inhibitor (SPINK1) Gen. Das zunehmende Wissen um genetische Veränderungen und deren Folgen setzt auch eine kritische Auseinandersetzung mit ethischen und rechtlichen Fragen voraus. Daher wurden während einer internationalen Konsensus Konferenz Richtlinien zum Umgang mit diesen Fragen erarbeitet. Die Assoziation von UGT1A7*3 Polymorphismus, welches ein Phase II Protein mit niedriger katalytischer Entgiftungsaktivität im Xenobiotika Stoffwechsel kodiert, mit dem Auftreten von Pankreaserkrankungen war Gegenstand weiterer Untersuchungen. Hierzu untersuchten wir Patienten mit alkoholischer chronischer Pankreatitis, Patienten mit einer SPINK1 Mutation und gesunde Kontrollen. Darüberhinaus betrachteten wir ein Kollektiv von Patienten mit einem Pankreaskarzinom. Unsere Ergebnisse belegen einen synergistischen negativen Effekt von exogenen Risikofaktoren (Alkohol, Nikotin) und genetischer Prädisposition. Die Rolle des oxidativen Stresses in der Genese von Pankreaserkrankungen wird damit untermauert. Erste therapeutische Ansätze aus den gewonnenen Erkenntnisses haben wir in einer prospektiven Studie mit einer immunmodulierenden und antioxidativ wirksamen Glutaminsubstitution bei Patienten mit akuter Pankreatitis gezeigt. Die Glutaminsubstitution führte zu einem besseren Krankheitsverlauf. / The etiology of inflammatory and malignat pancreatic disease are poorly understood. This thesis will discuss our results of immunological and genetic investigations in patients with inflammatory and malignat pancreatic diseases. Especially the background of idiopathic pancreatitis will be discussed. We started our investigations with immunological investigations and demonstrated an evidence for a systemic activated cellular immune system in patients with chronic pancreatitis irrespectively of the aetiology of pancreatitis. Further studies deal with the genetic background of pancreatitis. The discovery of the association between a mutation of the cationic trypsinogen gene and the hereditary pancreatitis was a milestone in the modern pancreatology. We contribute to the understanding of this disease by detecting a new mutation (D22G). We were able to functional characterise this mutation. Mutation of the activation peptides (D22G, K23R) are related to an increased release of trypsin in hydrolisation studies in vitro. In addition, our further investigations confirmed and extended the knowledge of the role of mutation in the CFTR gene and the SPINK 1 gene in patients with 'idiopathic' pancreatitis. Cognisant of the ethical and clinical responsibilities guidelines for the genetic testing and managing of patients with genetic diseases of the pancreas were developed. The low detoxification activity UGT1A7*3 polymorphism has been identified as a novel risk factor of pancreatic inflammatory and malignant diseases defining the interaction of genetic predisposition and environmentally induced oxidative injury. Based on this data we conducted a prospective, randomised clinical trial on the supplementation with glutamine in patients with acute pancreatitis shedulded for total parenteral nutrition. The administration of glutamine, which has been shown to have an immune-modulating and antioxidative capacity, was associated with a favourable clinical course of the patiens receiving glutamine.

The development of the chemical and pharmaceutical industry and the massive use of synthetic substances in various industries has become indispensable for our society. Unfortunately, this progress has brought a whole new kind of pollution. It is a group of substances which imagine for living organisms’ greater risk than 'normal' organic pollution. Because they have extraneous origin compared with naturally occurring compounds, they are called "Xenobiotics." It is a group comprising a large number of different substances, with dissimilar physical, chemical and biological properties such as pharmaceuticals, pesticides, detergents, paints, varnishes, plastic packaging, food additives, cosmetic products, drugs, and many others. Although these substances began to enter the water cycle as early as 30 years of the 20th century, their concentration often moves to the limit of the detection limit, so their presence in the water began to be examined in more detail in the 1980s, following the development of analytical technologies chemical composition of water. The main danger of these substances is that doesn’t primarily effect on water quality, but directly affect on the organisms by confusing of the endocrine system or by directly damaging RNA or DNA, causing mutagenic changes, cancer-causing proliferation, birth defects, metabolic disorders, gender changes, the degeneration of reproductive capacity of entire populations or the disappearance of self-preservation instinct. The source of xenobiotics in the water cycle is predominantly wastewater, which generated through the wastewater treatment, which not designed to eliminate this type of pollution. he dissertation thesis deals with the issue of xenobiotics in wastewater and is divided into the theoretical and experimental part. The theoretical part summarizes the xenobiotics current state of knowledge in wastewater from their history, origin, classification, possibilities of elimination to impacts on the environ

Das Schilddrüsenhormon Triiodthyronin (T3) ist ein essenzieller Regulator physiologischer Prozesse der Entwicklung, des Wachstums und im Intermediärstoffwechsel. Täglich werden zahlreiche natürliche und synthetische Stoffe aufgenommen, die mit dem endokrinen System interferieren und deshalb als Endokrine Disruptoren (ED) bezeichnet werden. Zur Untersuchung einer direkten Interferenz von ED mit den Schilddrüsenhormonrezeptoren (TR) und ihrer transkriptionellen Aktivität wurde im Rahmen dieser Arbeit ein neues Luziferase-basiertes T3 Reportergensystem mit TRalpha1-transfizierten humanen Leberzellen aufgebaut. Durch Validierung mit dem synthetischen TR-Agonisten GC-1 und dem Antagonisten NH-3 konnte nachgewiesen werden, dass dieser Assay ein hoch-sensitives System zur Analyse von agonistischen sowie antagonistischen Effekten von Testsubtanzen darstellt. Zur Bestimmung der endokrinen Aktivitäten einiger humanrelevanter Vertreter aus den Stoffkategorien der Nahrungsmittel, Kosmetika, Pestizide und Industriechemikalien wurden Dosis-Wirkungskurven in Aktivierungs- und T3-Kompetitionsexperimenten ermittelt. In mikromolaren Konzentrationen wirkten von insgesamt 21 Testsubstanzen einige als reine Agonisten oder Antagonisten während andere gemischt agonistische/antagonistische Effekte hatten. Aufgrund ihrer hier beobachteten Effekte und der gegebenen Humanexposition wird eine eingehendere Analyse von 4-Methylbenzyliden Campher, 4-Nonylphenol, Acetochlor, Benzophenon 2, Benzophenon 3, Bisphenol A, Genistein, Octylmethoxycinnamat, Tetrabromobisphenol A und Xanthohumol empfohlen. Außerdem erwiesen sich einige Metaboliten von Schilddrüsenhormonen als potente Agonisten im T3-Reportergenassay und bedürfen weiterer Aufmerksamkeit. Für die molekulare Charakterisierung der Einflüsse solcher Substanzen auf die T3-regulierte Transaktivierung konnte mit dem hier etablierten Bioassay ein zuverlässiges neues Testsystem für reproduzierbare Screeningserien geschaffen werden. / Triiodothyronine (T3) is a crucial regulator of many physiological processes during development, growth and metabolism. A variety of natural and synthetic substances, which are collectively termed endocrine disrupters (ED) due to their interference with the endocrine system, is taken up on a daily base. A novel luciferase-based T3-responsive reporter gene system employing a human liver cell line transfected with thyroid hormone receptor (TR) alpha1 was established in this work to elucidate the potential molecular interference of certain ED with TR and their transcriptional activity. This assay was validated to be a highly sensitive and reliable tool for analyzing agonistic and antagonistic effects of test compounds using the synthetic TR agonist GC-1 and the antagonist NH-3. Dose-response data of test compounds contained in food, cosmetics, pesticides, plasticizers and other industrial chemicals were obtained after applying the substances alone in activation assays or in combination with T3 in competition assays. In total 21 test compounds were screened of which some acted as pure agonists or antagonists while others were mixed agonists/antagonists in the micromolar concentration range and only one was without effect. Follow-up studies are recommended for some of these substances with regard to their effects as determined in this bioassay and in light of information known on human exposure, i.e., 4-methylbenzyliden camphor, 4-nonylphenol, acetochlor, benzophenone 2, benzophenone 3, bisphenol A, genistein, octylmethoxycinnamate, tetrabromobisphenol A and xanthohumol. In addition some endogenous metabolites of thyroid hormones were surprisingly potent agonists in the T3 reporter gene assay and merit further attention. The novel bioassay established here represents a reliable tool for the screening and molecular characterization of substances interfering with T3-mediated transactivation of gene expression.

Pollution of the aquatic environment with xenobiotics has become a serious health concern in recent years. In the present study the effect of DQ, TBBPA, BPA and VIN on sperm quality parameters, DNA integrity and oxidative stress indices in sterlet (Acipenser ruthenus) sperm and sperm from brook trout (Salvenilus fontinalis) were investigated. To do this, an in vitro spermatozoa motility assay was used by a computer-aided Motion-Analysis system. The sperm of sterlet (Acipenser ruthenus) was diluted to obtain the spermatozoa density of 5×108 cells×ml?1 and then exposed for 2 h to final concentrations of xenobiotics: DQ - 25, 50, 100 and 150 ?M, TBBPA - 0.5, 1.75, 2.5, 5, 7.5 and 10 ?g/l, BPA - 0.5, 1.75, 2.5, 5 and 10 ?g/l and Vin - 0.5, 1.75, 2.5, 5 and 10 ?g/l. Spermatozoa velocity and percentage of motile sperm were significantly decreased at each time post-activation compare to control. The level of DNA damage expressed as a % DNA in Tail and Olive Tail moment significantly increased when spermatozoa were exposed to higher concentrations of xenobiotics. The level of oxidative stress indices lipid peroxidation (LPO) and carbonyl derivatives of proteins (CP) and antioxidant activity of superoxide dismutase (SOD) increased significantly with increasing concentration of xenobiotics. On the other hand the intracellular ATP content in sperm samples had a significantly decreasing effect. In short, xenobiotics can induce reactive oxygen species (ROS) stress in fish spermatozoa, which could impair the sperm DNA integrity, quality and antioxidant defense system. The present study confirms that environmental concentrations of xenobiotics are capable to induce oxidative stress, leading to impaired sperm quality, DNA fragmentation and intracellular ATP content Obtained results also suggested that the use of fish spermatozoa in vitro assays may provide a novel and efficiently means for monitoring residual pharmaceutical in aquatic environment.