CALUX-Bioassay
Der CALUX-Bioassay (engl. Chemical Activated LUciferase gene eXpression) ist ein biologischer Test zur Detektion spezifischer Chemikalien oder Chemikalienklassen in Proben. Er basiert auf der Bindung von Liganden an Kernrezeptoren in genetisch veränderten Zellen, die daraufhin Licht erzeugen, das gemessen wird. Dieser Test wird häufig zur Analyse von Dioxinen und hormonähnlichen Verbindungen eingesetzt.[1]
Funktionsweise
BearbeitenDer CALUX-Bioassay basiert auf einer genetisch modifizierten Zelllinie, die stabil mit einem DNA-Konstrukt transfiziert wurde. Dieses Konstrukt enthält ein Luciferase-Reportergen unter der Kontrolle von rezeptorspezifischen DNA-Antwortelementen. Diese Elemente können die Transkription des eingefügten Luciferase-Gens stimulieren und das lichtemittierende Enzym produzieren, welches einfach gemessen werden kann. Die DNA-Antwortelemente können variiert werden, um Bindungsstellen für verschiedene Rezeptoren zu schaffen, die durch bestimmte Chemikalien oder Chemikalienklassen reguliert werden. Dies ermöglicht die Entwicklung zahlreicher CALUX-Bioassays für die Detektion verschiedener Chemikalien von Interesse.[2]
Anwendungen
BearbeitenDioxin-Screening
BearbeitenDer am häufigsten verwendete CALUX-Bioassay ist der AhR-responsive (AhR-CALUX) Bioassay, der zur Detektion von Dioxinen und dioxinähnlichen Verbindungen in Probenextrakten eingesetzt wird. Er basiert auf dem molekularen Mechanismus, durch den der Arylhydrocarbon-Rezeptor (AhR) die Genexpression aktiviert. AhR-CALUX wird von Forschern und Unternehmen genutzt, um auf das Vorhandensein von Dioxinen und dioxinähnlichen Verbindungen in einer Vielzahl von biologischen und Umweltmatrizen, kommerziellen und Verbraucherprodukten sowie in Lebens- und Futtermitteln zu testen.[3]
Hormonaktive Stoffe
BearbeitenUmweltchemikalien mit hormonähnlicher Aktivität werden mit ähnlichen Bioassays nachgewiesen, darunter der Estrogen-Rezeptor-responsive CALUX (ER-CALUX) und der Androgen-Rezeptor-responsive CALUX (AR-CALUX).
Vorteile
BearbeitenDer CALUX-Bioassay ist eine effektbasierte Screening-Methode, die den Gesamteffekt von Liganden auf einen bestimmten Rezeptor misst. Anders als bei der chemischen Analyse erfasst CALUX die Gesamtaktivität am untersuchten Rezeptor, einschließlich bekannter und unbekannter Aktivatoren und Hemmstoffe. Diese Methode ist besonders kostengünstig, vor allem bei der Messung von Dioxinen und ähnlichen Chemikalien im Vergleich zu aufwändigen Verfahren wie der Gaschromatographie-Hochauflösungs-Massenspektrometrie. Ein weiterer Vorteil ist der hohe Durchsatz: Da der Test auf 96-Well-Titerplatten durchgeführt wird, können viele Proben gleichzeitig untersucht werden.[4]
Einschränkungen
BearbeitenDer CALUX-Bioassay hat einige Einschränkungen:[3] Er liefert nur eine Messung des Gesamtspiegels von AhR-aktiven Dioxinen und verwandten dioxinähnlichen Chemikalien in einem Probenextrakt, ohne spezifische Kongenere zu bestimmen. Für die Identifizierung einzelner Kongenere ist eine GC-HRMS-Analyse nötig. Zudem zeigt der Test eine begrenzte Sensitivität für bestimmte Verbindungen wie mono-ortho-PCB, was durch den Einsatz von Referenzproben ausgeglichen werden kann.[5] Trotz dieser Limitationen hat sich der CALUX-Bioassay als wertvolles Instrument in der Umwelt- und Lebensmittelüberwachung sowie in der Arzneimittelforschung bewährt und wird stetig weiterentwickelt und validiert.[2][6]
Einzelnachweise
Bearbeiten- ↑ A. J. Murk, J. Legler, M. S. Denison, J. P. Giesy, C. van de Guchte, A. Brouwer: Chemical-Activated Luciferase Gene Expression (CALUX): A Novelin VitroBioassay for Ah Receptor Active Compounds in Sediments and Pore Water. In: Fundamental and Applied Toxicology. Band 33, Nr. 1, 1. September 1996, ISSN 0272-0590, S. 149–160, doi:10.1006/faat.1996.0152.
- ↑ a b Isabelle Windal, Michael S. Denison, Linda S. Birnbaum, Nathalie Van Wouwe, Willy Baeyens, Leo Goeyens: Chemically Activated Luciferase Gene Expression (CALUX) Cell Bioassay Analysis for the Estimation of Dioxin-Like Activity: Critical Parameters of the CALUX Procedure that Impact Assay Results. In: Environmental Science & Technology. Band 39, Nr. 19, 1. Oktober 2005, ISSN 0013-936X, S. 7357–7364, doi:10.1021/es0504993.
- ↑ a b Chirackal Muraleedharan Rahul, Krishnan Gayathri, Chandrasekharan Nair Kesavachandran: Global trends of dioxin and dioxin-like PCBs in animal-origin foods: a systematic review and gap areas. In: Environmental Monitoring and Assessment. Band 196, Nr. 6, 9. Mai 2024, ISSN 1573-2959, S. 529, doi:10.1007/s10661-024-12690-3, PMID 38724861.
- ↑ Selvaraj Sakthivel, Prithiviraj Balasubramanian, Masafumi Nakamura, Shunkei Ko, Paromita Chakraborty: CALUX bioassay: a cost-effective rapid screening technique for screening dioxins like compounds. In: Reviews on Environmental Health. Band 31, Nr. 1, 1. März 2016, ISSN 2191-0308, S. 149–152, doi:10.1515/reveh-2015-0078.
- ↑ Ron Hoogenboom, Toine Bovee, Win Traag, Ronald Hoogerbrugge, Bert Baumann, Liza Portier, Guido van de Weg, Jaap de Vries: The use of the DR CALUX bioassay and indicator polychlorinated biphenyls for screening of elevated levels of dioxins and dioxin-like polychlorinated biphenyls in eel. In: Molecular Nutrition & Food Research. Band 50, Nr. 10, Oktober 2006, ISSN 1613-4125, S. 945–957, doi:10.1002/mnfr.200600061, PMID 17009214.
- ↑ Charlotte Esser, B. Paige Lawrence, David H. Sherr, Gary H. Perdew, Alvaro Puga, Robert Barouki, Xavier Coumoul: Old Receptor, New Tricks—The Ever-Expanding Universe of Aryl Hydrocarbon Receptor Functions. Report from the 4th AHR Meeting, 29–31 August 2018 in Paris, France. In: International Journal of Molecular Sciences. Band 19, Nr. 11, 15. November 2018, S. 3603, doi:10.3390/ijms19113603, PMID 30445691, PMC 6274973 (freier Volltext).