Številne kemične snovi, ki se uporabljajo vsakodnevno, kot so pesticidi, farmacevtske snovi in industrijske kemikalije, prej ali slej končajo tudi v rekah, jezerih in podtalnici. Da bi zagotovili, da tam ne povzročijo škode, je treba pred odobritvijo njihove uporabe običajno opraviti oceno tveganja za okolje. S tem postopkom se preveri, kako strupena je določena kemikalija za različne organizme v naravnem okolju, vključno z ribami. Po vsem svetu potekajo številna prizadevanja, da bi v prihodnosti lahko takšne ekotoksikološke teste izvajali brez uporabe živih živali. "Tega mednarodnega sodelovanja smo izjemno veseli, saj bo vključeval znanje iz področja računalniškega modeliranja, ki ga poleg bioinformatike na NIBu strateško razviijamo in veseli me, da smo vključeni v projekt, ki ga razvijamo za trg in katerega cilj je human - nadomestitev testiranja na živalih," je povedala prof. dr. Maja Ravnikar, direktorica NIB.

V okviru projekta SAFE, ki so ga zasnovali aQuaTox-Solutions, Eawag in Nacionalni inštitut za biologijo (NIB), se razvija nov pristop za nadomestitev testov na živih ribah. Raziskovalci so v letu 2021, v prvi fazi izziva CRACK IT prejeli 100.000 funtov za izdelavo koncepta novega testa na ribjih celičinih linijah. Pri razvoju koncepta so se raziskovalci oprli na nov pristop k razumevanju toksičnosti v bioloških sistemih: poti neželenih učinkov (angl. Adverse outcome pathways). Zdaj so pridobili še 700.000 funtov (približno 800.000 EUR), da v naslednjih treh letih koncept nadgradijo v tržni produkt, ki bo na podlagi poskusov na celičnih linijah in računalniškega modela napovedal učinke kemikalij na razmnoževanje rib v naravnem okolju.

Bioinformatik dr. Anže Županič, NIB, ki v projektu skrbi za računalniško modeliranje in je na strani NIB tudi vodilni raziskovalec v tej mednarodni ekipi, je povedal: "V prvi fazi tega projekta smo razvili nov večstopenjski računalniški postopek, ki nam je omogočil določitev različnih molekularnih procesov, na podlagi katerih je mogoče napovedati ali je razmnoževanje rib zaradi izpostavitve kemikalijam moteno. V drugi fazi bomo razvili računalniški model, ki bo kot vhoden podatek uporabil meritve molekularnih motenj poti neželenih učinkov na ribjih celičnih linijah, izpostavljenih različnim kemikalijam, in napovedoval uspešnost razmnoževanja rib v primeru izpostavitve. Za razvoj modela bomo uporabili koncept Bayesovih mrež in različnih pristopov umetne inteligence, ki nam bodo poleg napovedi toksičnih učinkov omogočili tudi oceno negotovosti teh napovedi."

Projekt - druga faza projekta SAFE - bo trajala tri leta, sponzorji projekta pa so AstraZeneca, Bayer in Unilever.

Priloga: Pogosta vprašanja z raziskovalci projekta

Več informacij: Katja Sinur, katja.sinur@nib.si, tel:040 320 516

Ribje celične kulture - tukaj videne pod mikroskopom - so ključne pri razvoju testov toksičnosti, ki ne vključujejo poskusov na živalih. (Vir: Eawag, aQuaTox-Solutions).

Na vprašanja odgovarjajo vodje projektov: dr. Stephan Fischer - aQuaTox-Solutions, dr. Kristin Schirmer - Eawag, in dr. Anže Županič - NIB.

1. Kaj so poti neželenih učinkov in kako delujejo pri ocenjevanju tveganja za okolje?

Dr. Kirstin Schirmer: Namen poti neželenih učinkov je razumeti mehanizme strupenosti kemikalij za biološke sisteme. Učinki kemikalij se najprej vidijo na molekularni ravni, nato jih lahko spremljamo na nivoju celic, tkiv in na koncu celotnega organizma, podobno kot domino efekt. Končni učinek izpostavitve kemikaliji je mogoče izmeriti s poskusi na živalih: riba ne raste več, ne more se razmnoževati ali celo umre.

V vsakem organizmu obstaja veliko poti neželenih učinkov, izziv je najti tiste prave, ki lahko napovedo končen učinek na celoten organizem, v našem primeru na razmnoževanje rib. Naša načrt je bil, da najprej najdemo ustrezne poti neželenih učinkov in razvijemo metode za merjenje molekularnih motenj v teh poteh z uporabo gojenih ribjih celic, imenovanih celične linije. Podatke lahko potem prenesemo v računalniški model, ki napove končni učinek - tako da bo v prihodnosti dovolj opazovati molekularne procese v celičnih linijah in izračunati učinek na organizem, ne da bi bilo treba izvajati poskuse na živalih.

2. Razvili so že teste, ki preverjajo učinke kemikalij na ribjih celicah namesto na ribah. Testi AOP so nadaljnji razvoj tega področja. Zakaj je to potrebno?

Dr. Stephan Fischer: Da, podjetje aQuaTox-Solutions ima v svojem portfelju že več testov za ocene tveganja s celičnimi kulturami rib, ki jih ponujamo kemični industriji, pristojnim organom ali proizvajalcem hrane za ribe. Pionirski test na ribjih celicah je tako imenovani RTgill-W1, test za določanje akutne strupenosti za ribe, ki ga je razvil Eawag in sta ga odobrila tako ISO kot OECD. Vendar pri večini teh testov ne preučujemo molekularnih poti toksičnosti, temveč podobno kot pri testiranju na živalih merimo le končni rezultat, na primer preživetje celic ali njihovo rast. Z razširitvijo na poti neželenih učinkov si prizadevamo za še boljšo ločljivost med učinki različnih kemikalij in s tem za še bolj občutljive in široko uporabne teste.

3. Kakšno vlogo ima v projektu računalniško modeliranje?

Dr. Anže Županič: V prvi fazi tega projekta smo razvili nov večstopenjski računalniški postopek, ki nam je omogočil določanje različnih molekularnih procesov, na podlagi katerih je mogoče napovedati, ali je razmnoževanje rib zaradi izpostavitve kemikalijam moteno. V drugi fazi bomo razvili računalniški model, ki bo kot vhoden podatek uporabil meritve molekularnih motenj poti neželenih učinkov na ribjih celičnih linijah, izpostavljenih različnim kemikalijam, in napovedoval uspešnost razmnoževanja rib v primeru izpostavitve. Za razvoj modela bomo uporabili koncept Bayesovih mrež in različnih pristopov umetne inteligence, ki nam bodo poleg napovedi toksičnih učinkov omogočili tudi oceno negotovosti teh napovedi.

4. Kdo bo lahko vaše rezultate uporabil?

Dr. Stephan Fischer: Pridobljeno znanje ter razvite storitve in izdelke bodo na voljo vsem, saj želimo zagotoviti, da se v prihodnosti kar v največji meri izognemo testiranju na živalih. Podpora natečaju s strani industrije nam kaže, da potreba na trgu obstaja. Pri tem ne gre le za oceno tveganja novih kemikalij pred vstopom na trg, temveč tudi za učinkovitejši razvoj izdelkov, ki že na začetku izključi potencialno strupene kandidate. Druge možne uporabe so povezane z ribogojstvom ali testiranjem toksičnosti v okoljskih vzorcih.

5. Kaj vas je spodbudilo k sodelovanju v tem raziskovalnem izzivu?

Skupna izjava: Zdi se, kot da je izziv pisan na kožo naši skupini. Že dlje časa se ukvarjamo z zamislijo, da bi teste na ribah nadomestili z ribjimi celičnimi linijami, ki bi jih povezali z računalniškimi modeli ter nato take teste standardizirali. Dejstvo, da nam je bilo naročilo dodeljeno nam je v veliko čast in spodbudo.

VIR: NIB