University, Diss., 2004--Köln.

The long-term Steinach Grassland Experiment is probably one of the oldest still-running fertilised grass experiments in continental Europe. The experiment was established on an alluvial meadow Alopecurus pratensis in southeastern Germany in 1933. The meadow was divided into 75 plots and fertilised with both mineral and organic fertilisers of differing compositions and amounts. The aim of this study was to provide more detailed information about the effects of long-term fertilisation by natrium (N), phosphorus (P) and potassium (K) on the contents of risk elements in soil. The effects of long-term fertilisation were investigated in the extracts of a) plant-available elements (extraction of CaCl2), b) easily mobilised elements (extraction of EDTA), c) potentially mobilisable elements (extraction of HNO3), the total concentration of elements (extraction of Aqua regia). Concentrations of risk elements As, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni and Zn in the soil profile has increased substantially due to the phosphorus fertilisation; however, the limits for total trace elements concentration as set by the Czech legislation have been exceeded only twice, namely in the case of As and Cd. The total concentration of As (AsT) has been exceeded only once, on the plot fertilised only by nitrogen. The assumption is that that the increased level of AsT fraction in soil was probably caused in the past by fertilising with Thomas slag which is known to contain elevated concentrations of As. However, fertilising with the phosphorus-containing fertilisers has had the opposite effect on concentrations of Mn, Ni and Zn that are easily available to plants; concentrations of these elements in the soil extraction were substantially higher. In spite of the overall concentrations of Cd being lower than the Czech legislative standards, the results on several plots fertilised by mineral and organic fertilisers containing N, P and K showed higher concentrations of Cd and in one case reached the limit value. Plots fertilised by mineral fertilisers N160P44K174 (NH4)2SO4 recorded higher Cr concentrations. In overview, it could be stated that under various types of fertilising no substantial effects of long-term fertiliser applications on a higher content of risk elements in soil has been detected. Only two plots have exceeded the limits set by Notice 13/1994 Sb., in one case it was a total concentration of As and in another one that of Cd.

This thesis develops high-performance liquid chromatography-inductively coupled plasma mass spectrometry (HPLC-HG-ICP-MS) method used for the analysis of glutathione arsenic complexes in biological samples. The aim of the thesis was to verify the suitability of this methods and to perform pilot studies on analysis of the enzymatic methylation assay containing glutathione and urine. Inclusion of post-column hydride generation step resolves the problem of changing sensitivity of ICP-MS with gradient elution. Using the standards of glutathione complexes, it was verified that the HPLC-HG-ICP-MS method can provide both qualitative and quantitative analysis of these complexes. The limit of detection was found at 5 pg/ml. Analysis of the methylation assay of arsenic with glutathione showed that only DMAsGS complex occurs in the assay during methylation. It was verified that the presence of the enzyme is required for the complex formation. In the samples of urine from unexposed people analyzed by HPLC- HG-ICP-MS and hydride generation-cryotrapping-inductively coupled plasma mass spectrometry (HG-CT-ICP-MS), only the presence of free pentavalent arsenic species was found, whereas neither glutathione complexes nor trivalent species could be observed.

Der Bericht informiert über den Versuch, Umweltziele für Arsen über den ökologischen Zustand nach EG-Wasserrahmenrichtlinie zu definieren. Die Artengemeinschaft reagiert auf erhöhte Arsenbelastungen mit nachweisbaren Veränderungen. Doch bilden die gültigen biologischen Verfahren die Belastung nicht adäquat ab. Umso wichtiger sind belastbare Umweltqualitätsnormen für die Ableitung realistischer Umweltziele. Für die Wasserphase wird eine Jahresdurchschnittskonzentration von 1,3 µg/l als plausibel eingeschätzt. Der ökologische Zustand kann dann „maximal mäßig“ sein. Diese wissenschaftliche Grundlagenarbeit unterstützt die Ableitung weniger strenger Umweltziele im Altbergbau.

Untersuchungen zur Arsenbelastung von Grünland in Abhängigkeit der Arsenkonzentration in Böden. Darstellung der Einflussfaktoren und Handlungsempfehlungen zur Arsenreduzierung.

Ein beträchtlicher Teil der landwirtschaftlichen Nutzfläche Sachsens liegt im Erzgebirge, dem Erzgebirgsvorland bzw. in den Auen der das Erzgebirge entwässernden Flüsse. In den Böden dieser Gebiete können, insbesondere auf Grund geogener Ursachen, erhöhte Gehalte an Elementen mit toxischer Wirkung auf lebende Organismen vorkommen. Diese liegen u. a. für den Pfad Boden-Nutzpflanze z. T. deutlich und auch flächenhaft über den Prüf- und Maßnahmenwerten der Bundes-Bodenschutz-und Altlastenverordnung und stellen somit Anhaltspunkte für das Auftreten von schädlichen Bodenveränderungen dar. Der Eintrag in die Nahrungskette (Boden – Pflanze – Tier – Mensch) ist zum Schutz der menschlichen und der Tiergesundheit so gering wie möglich zu halten. Auf der Grundlage bisheriger Erkenntnisse, in die die Ergebnisse des Pilotprojekts „Auenböden der Vereinigten Mulde“ einflossen erarbeitete die Staatliche Betriebsgesellschaft für Umwelt und Landwirtschaft Sachsen (BfUL) dieses aktualisierte Informationsblatt mit Hinweisen und Empfehlungen zum Umgang mit arsen- und schwermetallbelasteten landwirtschaftlich und gärtnerisch genutzten Böden. Das Informationsblatt soll den zuständigen Behörden für den Boden-, Verbraucher- und Gesundheitsschutz und den betroffenen Produzenten als Beratungsmaterial dienen. Redaktionsschluss: 29.07.2015

Arsenic is an element which belongs to metaloids. Contamination with arsenic is a problem all over the world. Basically it is a part of Earth's crust, but with anthropogenic activities it could overspread into soil, water and air in large scale a thus it could mean health hazard. Fytoremediation is kind of environment decontamination, which is quite effective and cheap as well. Publications about arsenic and its influence on plant metabolism are mostly focused on important crop plants like rice. Rice is mostly used for experiments and questions on anatomical and morphological changes are widely being solved by these experiments, but it has only insignificant relevance for fytoremediation. There are only few publications about arsenic influence on carbohydrate metabolism, thus little is known about this problem. That is why I have decided to study this topic more deeply and get more information about carbohydrate metabolic changes under influence of arsenic and partly also under influence of mercury, because information about influence of mercury are completely lacking. My experimental material includes tobacco plant, tobacco tissue cultures and horseradish hairy roots cultures. Accumulation of starch and soluble carbohydrate spectrum and content was determined by HPLC. Furthermore arsenic influence...

Arsen ist dafür bekannt, dass es mutagen und kanzerogen wirkt und ein gentoxisches Potential besitzt. Die Mechanismen, durch die diese Effekte ausgeübt werden, sind noch nicht vollständig aufgeklärt. Es konnte jedoch gezeigt werden, dass Parameter, die mit der Freisetzung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS), z.B. Superoxiddismutaseaktivität und Hämoxygenase-Genexpression, und Veränderungen des epigenetischen Musters der DNA, z.B. Depletion von S-Adenosylmethionin, in Zusammenhang stehen, durch Arsen beeinflusst werden. In dieser Studie wurde versucht, das gentoxische Potential von Arsen mit Hilfe des Comet Assay, eines Standard-Gentoxizitätstests, zu charakterisieren sowie zu prüfen, ob dieser Test eine geeignete Messmethode für die gentoxische Wirkung von Arsen darstellt. Dies wurde unter Heranziehung verschiedener additiver Messgrößen wie der Vitalität und der Proliferation sowie der parallelen Quantifizierung der Mitose-, C-Mitose-, Mikrokern- und Apoptosefrequenzen der verwendeten murinen L5178Y-Zellen durchgeführt. Des Weiteren wurde der den Arsen-bedingten DNA-Schäden zugrundeliegende Mechanismus genauer beleuchtet. Unter Zuhilfenahme verschiedener Modulatoren wurden durch Arsen induzierter oxidativer Stress und durch Arsen induzierte Veränderung der epigenetischen DNA-Struktur untersucht. Ferner wurde geprüft, inwieweit die Inhibition von oxidativem Stress und Hypomethylierung der DNA zur Verringerung von potenziellen Folgen wie der Entstehung unnatürlicher Mitosemorphologien und chromosomaler Aberrationen beitragen können, die wiederum eventuell in der Entstehung von Karzinomen resultieren können. Für die Modulation der Freisetzung von ROS wurden als prooxidative Substanz 4-Nitrochinolin-1-Oxid und als Antioxidantien Benfotiamin (Vitamin-B1-Prodrug), N-Acetylcystein (NAC) und α-Tocopherol (Vitamin E) ausgewählt. Das Methylierungs¬muster der DNA sollte durch das hypomethylierende Agens 5-Azacytidin und durch die potenziell hypermethylierenden Verbindungen S-Adenosylmethionin (SAM) und Folat beeinflusst werden. Die Untersuchungen bezüglich des gentoxischen Potentials von Arsen und die Eignung des Comet Assay für dessen Quantifizierung ergaben, dass unter Miteinbeziehung der erwähnten additiven Parameter und der Quantifizierung nach Behandlung mit unterschiedlichen Arsen-Konzentrationen nach unterschiedlich langen Behandlungszeiten die im Comet Assay erzielten Werte als korrekt und zuverlässig angesehen werden können. Des Weiteren zeigten die Untersuchungen der Freisetzung von ROS und der Veränderung des DNA-Methylierungsmusters mit Hilfe von Modulatoren, dass beide Mechanismen an den Arsen-induzierten Effekten beteiligt sind. Nicht nur konnte mit Hilfe der Modulatoren jeweils die Inhibition der Freisetzung von ROS und der DNA-Hypomethylierung erreicht werden, es konnte zudem gezeigt werden, dass die Substanzen auch die Reduktion der erhöhten Anzahl unnatürlicher Mitosemorphologien und chromosomaler Aberrationen bewirkten. Dieser Zusammenhang konnte in dieser Studie zum ersten Mal aufgezeigt werden und könnte im Hinblick auf die potenzielle Erniedrigung der Krebsinzidenzen durch Supplementierung der Bevölkerung in Gebieten mit Arsen-belastetem Trinkwasser mit den genannten Modulatoren von Bedeutung sein. / Arsenite is known to be mutagenic as well as carcinogenic and is further known to have a genotoxic potency. However, the mechanisms by which these effects are exerted is not yet fully understood. It could be shown, that parameters which are linked to the release of reactive oxygen species e. g. increase activity of superoxide dismutase or increased expression of heme oxygenase or which are linked to changes in the epigenetic pattern of the DNA, like for example depletion of S-adenosylmethionine, are affected by arsenite. In the course of this study, we attempted to characterize the genotoxic potential of sodium arsenite with the aid of the comet assay, a standard genotoxicity test, and to examine, whether this test is a suitable method for the quantification of arsenite-induced genotoxicity. Additionally, parameters like the frequencies of mitoses, C-mitoses, micronuclei and apoptoses were evaluated in murine L5178Y-cells. Furthermore, the mechanism underlying the arsenite-induced DNA-damage was investigated. With the aid of several modulators, arsenite-induced oxidative stress and arsenite-induced epigenetic modifications were examined. In addition we analyzed, to which extent the inhibition of oxidative stress and DNA-hypomethylation can contribute to a decrease in pathologic mitosis morphologies and chromosomal aberrations, which in turn could possibly result in cancer development. For the modulation of the release of reactive oxygen species, the pro-oxidative substance 4-nitroquinoline-1-oxide and the antioxidative substances benfotiamine, N-acetylcysteine and α-tocopherol were chosen. The epigenetic pattern of the DNA was meant to be affected by the hypomethylating agent 5-azacytidine and the hypermethylating agents S-adenosylmethionine and folic acid. The experiments concerning the genotoxicity of arsenite and the suitability of the comet assay to quantify this genotoxic capacity revealed, that if the parameters mentioned above and different concentrations of arsenite and different incubation times were taken into consideration, the results gained with the aid of the comet assay can be considered as correct and reliable. Furthermore, the investigation of the release of reactive oxygen species and modifications of the DNA methylation patters with the aid of modulators showed, that both mechanisms are involved in the effects induced by sodium arsenite. The modulators were able to inhibit the release of reactive oxygen species and hypomethylation of the DNA respectively. In addition a decrease in the frequencies of pathologic mitosis morphologies and chromosomal aberrations could be shown. This connection could be shown for the first time in the course of this study and could be of relevance with regard to a possible decrease of the incidence of cancer by supplementation of populations with the introduced modulators in areas with drinking water contaminated with arsenite.

Apoptose, der programmierte Zelltod, spielt eine wichtige Rolle für das Gleichgewicht zwischen Proliferation und Sterben von Zellen und ist außerdem an der Beseitigung von infizierten und geschädigten Zellen beteiligt. Apoptose kann durch Stimulation von Rezeptoren aus der Familie der TNF-Rezeptoren wie CD95, ausgelöst werden. Nach Liganden-induzierter Trimerisierung der Rezeptoren bindet FADD an den zytoplasmatischen Teil des Rezeptors und rekrutiert Caspase-8 und/oder -10. Die räumliche Nähe der Caspasen in diesem als DISC bezeichneten Komplex führt zu ihrer auto- und transkatalytischen Spaltung und damit Aktivierung. Dadurch wird das apoptotische Programm gestartet, welches zum Tod der Zelle führt. Kontrolliert wird dieser Vorgang von einer Vielzahl anti-apoptotischer Proteine. Störungen in diesem System sind an der Entstehung einer Reihe von Krankheiten beteiligt. Die Blockade der Apoptoseinduktion kann zur Entstehung von Tumoren beitragen. Das klassische Hodgkin Lymphom ist eine maligne Erkrankung des lymphatischen Systems. Die Tumorzellen sind große, einkernige Hodgkin- oder mehrkernige Reed/Sternbergzellen (HRS-Zellen). Sie leiten sich von Keimzentrum-B-Zellen ab. In HRS-Zellen fehlt die Expression einer Vielzahl von typischen B-Zellmarkern, darunter die des B-Zellrezeptors. Solche B-Zellen sterben normalerweise während der Keimzentrumsreaktion durch Apoptose. An diesem Prozess ist CD95 beteiligt. In einer Reihe von malignen Erkrankungen wurden eine Herunterregulation der CD95-Expression oder Mutationen im CD95-Gen beobachtet. Es wird daher vermutet, dass CD95-induzierte Apoptose zur Entfernung von Tumorzellen beiträgt. Im Gegensatz dazu exprimieren sowohl primäre HRS-Zellen als auch etablierte HRS-Zelllinien in der Regel Wildtyp-CD95, sind aber trotzdem CD95-resistent. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Komponenten des CD95-Systems, im Gegensatz zu anderen malignen Erkrankungen, in den HRS-Zellen hochreguliert sind, darunter CD95 selbst. In immunpräzipitierten DISCs von CD95-stimulierten HRS-Zellen wurde neben FADD und Caspase-8/-10 auch c-FLIP nachgewiesen. c-FLIP ist ein Caspase-8/-10-Homolog, das ebenfalls an FADD bindet, aber aufgrund fehlender katalytischer Aktivität die Aktivierung der Caspasen im DISC und damit die Apoptoseinduktion verhindert. Eine starke c-FLIP-Expression konnte in allen HRS-Zelllinien und in den HRS-Zellen nahezu aller untersuchter primärer Hodgkinfälle (55/59) gezeigt werden. Durch siRNA-vermittelte Herunterregulation von c-FLIP war es möglich, HRS-Zelllinien gegenüber CD95-induzierter Apoptose zu sensitivieren. Dies zeigt, dass die CD95-Rezeptor-induzierte Apoptose in den HRS-Zellen nicht strukturell, sondern funktionell inhibiert ist und c-FLIP stark zu dieser Inhibition beiträgt. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die c-FLIP-Expression in den HRS-Zellen von der konstitutiven Aktivität des Transkriptionsfaktors NF-κB abhängt, die charakteristisch für diese Zellen ist. Normalerweise wird NF-κB von Inhibitorproteinen, den IκBs, im Zytoplasma zurückgehalten. Diverse Stimuli können den IKK-Komplex aktivieren, der die IκBs an bestimmten Serinresten phosphoryliert. Dies hat die Ubiquitinylierung und den Abbau der IκBs zur Folge, wodurch NF-κB frei wird, in den Kern wandert und dort seine Zielgene aktiviert. Es wird angenommen, dass in HRS-Zellen ein konstitutiv aktiver IKK-Komplex und teilweise Mutationen der IκB-Proteine zur konstitutiven NF-κB-Aktivität beitragen. Zu den NF-κB-abhängigen Genen in den HRS-Zellen gehören solche mit anti-apoptotischer und Zellzyklus-treibender Wirkung. Die Inhibition der NF-κB-Aktivität in den HRS-Zellen führt zu Apoptose und eingeschränkter Proliferation. Von dreiwertigem Arsen ist bekannt, dass es die Induzierbarkeit des IKK-Komplexes inhibieren kann und damit letztendlich die Aktivierung von NF-κB. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Arsen in HRS-Zellen den konstitutiv aktiven IKK-Komplex inhibiert. In Zelllinien mit intakten IκB-Proteinen führte dies zur NF-κB-Inhibition und Apoptoseinduktion. Die Reduktion der NF-κB-Aktivität ging mit der Herunterregulation von anti-apoptotischen und Proliferations-fördernden Zielgenen einher. Die ektope Überexpression von NF-κB hob die Apoptose-induzierende Wirkung von Arsen teilweise auf. Durch Arsen-Behandlung von Mäusen konnte das Tumorwachstum xenotransplantierter HRS-Zellen stark verlangsamt werden. In explantierten Tumorzellen konnte ebenfalls eine NF-κB-Inhibition nachgewiesen werden. Die NF-κB-Inhibition durch Arsen trägt also stark zur Apoptoseinduktion in den HRS-Zellen bei. Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass die Modulation der Apoptoseresistenz neue therapeutische Ansätze für die Behandlung des Hodgkin Lymphoms bieten könnte. Der Einsatz von Arsen ist dabei besonders interessant, da Arsen schon für die Behandlung anderer maligner Erkrankungen eingesetzt wird. / Apoptosis, the programmed cell death, is important for the balance between proliferation and dying of cells. It is also involved in the removal of infected and damaged cells. Apoptosis can be induced by stimulation of receptors of the TNF-receptor family like CD95. After ligand-induced trimerisation of these receptors, FADD binds to the cytoplasmic part of the receptor and recruits Caspase-8 and/or -10. The induced proximity of the caspases in this complex, called DISC, leads to their auto- and transcatalytic cleavage and subsequently to their activation. This starts the apoptotic program which leads to the death of the cell. A number of anti-apoptotic proteins control this process. The deregulation of this system is involved in a variety of diseases. The disruption of the apoptotic program can contribute to the development of tumors. Classical Hodgkin Lymphoma is a malignant disease of the lymphatic system, characterized by mononucleated Hodgkin or multinucleated Reed/Sternberg (HRS) cells. These tumor cells are derived from germinal-center B-cells. However, HRS cells lack the expression of typical B cell markers, such as the B-cell receptor. Usually, B-cells without B-cell receptor expression die by apoptosis during the germinal-center reaction. CD95 is involved in this process. It has been shown previously that in many malignant diseases CD95 is down-regulated or mutated, indicating that CD95 is involved in the removal of tumor cells. In opposite to these findings, primary HRS cells and Hodgkin-derived cell lines usually express wild type CD95, but are resistant to CD95 induced apoptosis. In this work, it could be demonstrated that in contrast to other malignant diseases components of the CD95 system are up-regulated in HRS cells, including CD95 itself. By immunoprecipitation it was shown that, in addition to FADD and Caspase-8/-10, c-FLIP is a component of the DISC in CD95-stimulated cells. c-FLIP is a caspase homolog which, like caspases, binds to FADD, but lacks proteolytic activity. It inhibits the activation of caspases in the DISC and thus prevents apoptosis induction. A strong c-FLIP expression was shown in all HRS cell lines and in HRS cells of nearly all investigated primary cases of Hodgkin Lymphoma (55/59). siRNA-mediated (small interfering RNA) down-regulation of c-FLIP sensitized HRS cell lines to CD95-induced apoptosis. This shows that the CD95 receptor-induced apoptosis in HRS cells is not structurally but functionally inhibited and that c-FLIP strongly contributes to this inhibition. In addition, it was shown that c-FLIP expression depends on the constitutive activity of the transcription factor NF-κB which is characteristic for HRS cells. Usually, NF-κB is sequestered in the cytoplasm by inhibitor proteins, the IκBs. A variety of stimuli can activate the IKK-complex which subsequently phosphorylates the IκBs, leading to their ubiquitinylation and degradation. The released NF-κB translocates to the nucleus where it activates the transcription of target genes. It is supposed that a constitutively activated IKK complex and, in some cases, mutated IκB proteins contribute to the constitutive NF-κB activity in HRS cells. To the NF-κB dependent genes in HRS cells belong those with anti-apoptotic and cell cycle promoting activities. Inhibition of the NF-κB activity in HRS cells leads to apoptosis and decreased proliferation. Trivalent arsenic is known to inhibit the induction of the IKK complex and thus the activation of NF-κB. In this work, it was shown that arsenic inhibits the constitutively active IKK complex in HRS cells. This led to an inhibition of NF-κB and induction of apoptosis in HRS cell lines with non-mutated IκB proteins. The NF-κB inhibition was accompanied by the down-regulation of anti-apoptotic and cell cycle promoting genes. Ectopic overexpression of NF-κB partially reverted the apoptotic effect of arsenic. Treatment of mice with arsenic reduced the growth of subcutaneously xenotransplanted HRS cells. In explanted tumor cells, a reduced NF-κB activity could be demonstrated following treatment with arsenic. Thus, the inhibition of NF-κB by arsenic contributes to the induction of apoptosis in HRS cells. Taken together, the results indicate that modulation of the apoptosis resistance may offer new strategies for the treatment of Hodgkin Lymphoma. Of particular interest is the application of arsenic because it is already used in the treatment of other malignant disorders.

More and more attention has been paid to the research on phytoremediation and hyperaccumulators. Arsenic (As) uptake by hyperaccumulator plant species depends on many different environmental factors. Fertilizer is one of the most important factors because the plant growth needs nutrients. In this study, the pot experiments were conducted in 12 weeks to understand the effect of different fertilizer on As removal capacity of Pityrogramma calomelanos and Pteris vittata. The results showed that, Arsenic concentration in the frond is higher than that in the root of the fern. As removal efficiency of the ferns from the soil amended with both inorganic and organic fertilizer is highest. The ferns removed As content in soil up to 7.4 and 12.6 mg As per kg DW soil, respectively. For the control experiments without adding fertilizers, As removal ability of the ferns from the soil is lowest that was only 2.1 mg As per kg DW soil. / Trên thế giới đã và đang có nhiều nghiên cứu, ứng dụng phương pháp sử dụng thực vật để xử lýônhiễm, đặc biệt là các loài thực vật siêu tích tụ kim loại nặng. Sự tích lũy Asen (As) trong các loài thực vật siêu tích lũy phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố môi trường và dinh dưỡng khác nhau. Phân bón là một trong những yếu tố quan trọng nhất vì sự phát triển cây rất cần chất dinh dưỡng. Trong nghiên cứu này, các thí nghiệm được tiến hành trong 12 tuần để đánh giá về ảnh hưởng của các loại phân bón khác nhau đến khả năng xử lý ô nhiễm As trong đất của dương xỉ. Kết quả thu được cho thấy, nồng độ As tích lũy trong phần thân của dương xỉ cao hơn rất nhiều so với phần rễ của cây. Hiệu quả loại bỏ As ra khỏi đất của dương xỉ trong các thí nghiệm bổ sung cả phân bón vô cơ và phân bón hữu cơ là cao nhất. Pityrogramma calomelanos và Pteris vittata có thể loại bỏ hàm lượng As trong 1 kg trọng lượng khô đất tương ứng lên đến 7,4 và 12,6 mg. Các công thức thínghiệm đối chứng không bổ sung phân bón thì cho hiệu quả loại bỏ As ra khỏi đất là thấp nhất chỉ 2,1 mg As trên 1 kg trọng lượng khô đất.