In den letzten Jahren rückte die weltweite Verschmutzung von Oberflächengewässern mit einer Vielzahl von anthropogenen Stoffen in den Blickpunkt. Das Hauptaugenmerk in der aquatischen Toxikologie hat sich zunehmends von akut-toxischer Gewässerverschmutzung zu Substanzen verlagert, die in den geringen Mengen, in denen sie in den Gewässern auftauchen, subtilere Effekte hervorrufen können. So wurde für verschiedene Substanzen ein Eingriff in hormonelle Regulationsmechanismen gezeigt, der zu einer Beeinflussung der Fortpflanzungsfähigkeit führen kann. Zu den Untersuchungen zur hormonellen Aktivität in verschmutzten Oberflächengewässern kam die Erkenntnis, dass verschiedene Substanzen anthropogenen Ursprungs auch das Immunsystem von aquatischen Organismen beeinträchtigen können. Eine negative Beeinflussung von Immunreaktionen in Fischen kann zu einer erhöhten Anfälligkeit gegenüber Krankheitserregern und somit schließlich zu höheren Sterblichkeitsraten in unseren Fischpopulationen führen.
Um einen Einblick in mögliche Auswirkungen von immunaktiven Substanzen zu bekommen, wurden Forellen zwei Modellsubstanzen mit bekannter immunsuppressiver Aktivität ausgesetzt, nämlich Cortisol und Rifampicin. Für beide Substanzen konnte eine suppressive Wirkung auf einzelne Immunparameter gezeigt werden. Die Exposition juveniler Regenbogenforellen mit Cortisol über einen Zeitraum von 21 Tagen führte zu erniedrigten Leukozyten-Zahlen im peripheren Blut, sowie einer leichten Abnahme der Serum-Lysozym-Aktivität. Exposition mit Rifampicin führte zur Abnahme der Serum-Lysozym-Aktivität, sowie zu leicht erniedrigten Leukokrit-Werten.

Das Hauptaugenmerk der vorliegenden Arbeit lag auf der Untersuchung potentieller immunotoxikologischer Aktivität in kommunalem Kläranlagenabwasser. Regenbogenforellen wurden zum einen über einen relativ kurzen Zeitraum (28 Tage) hohen Abwasserkonzentrationen ausgesetzt (akute Exposition), zum anderen in einem chronischen Expositionsversuch niedrigeren, realitätsnahen Konzentrationen.
Akute Exposition von juvenilen Forellen mit hohen Abwasserkonzentrationen führte zu einer verstärkten Degradation von Erythrozyten, sowie zu einer Abnahme der Leukozyten-Zahlen im peripheren Blut, was vor allem auf ein vermindertes Vorkommen von Lymphozyten zurückzuführen war. Serum-Lysozym-Aktivität, Lymphozyten-Proliferation, Phagozytose-Aktivität und Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies in Kopfnieren-Makrophagen, sowie Serum-Antikörper-Level gegen das Fisch-Pathogen A. salmonicida, wurden durch die Exposition mit Abwasser nicht beeinflusst. Zusätzlich zu Veränderungen in Immunreaktionen konnte eine erhöhte MFO-Aktivität in Leberproben festgestellt werden.
Chronische Exposition von geschlechtsreifen Regenbogenforellen mit 15 % Abwasser über einen Zeitraum von 32 Wochen führte zu Veränderungen in allgemeinen physiologischen und endokrin-reproduktiven, sowie immunologischen Parametern. Leber- und Gonadengewicht waren sowohl in männlichen, als auch in weiblichen Forellen erhöht, wobei das erhöhte Gonadengewicht in Weibchen auf eine erhöhte Fekundität zurückzuführen war. Weiter konnten erhöhte Plasma-Östradiol-Level in weiblichen, sowie niedrigere 11-Ketotestosteron-Level in männlichen Fischen gezeigt werden. In Leberproben von männlichen Fischen konnte darüber hinaus eine verstärkte MFO-Aktivität nachgewiesen werden, was auf eine Aktivierung von Entgiftungsmechanismen hinweist. Eine Beeinflussung von Immunreaktionen zeigte sich in niedrigeren A. salmonicida-spezifischen Antikörper-Level im Serum von weiblichen Forellen, nicht jedoch in männlichen Fischen, einer Abnahme in der Serum-Lysozym-Aktivität in nicht geschlechtreifen Forellen (männlich und weibliche Fische zusammengenommen) und zu einem geringeren Maße in weiblichen Fischen, sowie in Veränderungen in Auftreten und Verteilung verschiedener Leukozyten-Populationen in der Milz.
Wie in der vorliegenden Doktorarbeit gezeigt wurde, können Veränderungen in einzelnen Immunreaktionen als erste Indikatoren für eine Gewässerverschmutzung erfasst werden. Für die Bestimmung der tatsächlichen Immunkompetenz der untersuchten Tiere reicht die Erfassung einzelner Immunparameter allerdings nicht aus. Eine negative Beeinflussung der Immunkompetenz zeigt sich erst, wenn eine geringere Krankheitsresistenz auftritt, die letztendlich zu höheren Sterblichkeitsraten führt, was hinsichtlich von Laboruntersuchungen für den Einsatz von Belastungsversuchen spricht. Da die Immunkompetenz ein wichtiger Faktor für die Gesundheit und das Überleben unserer Fischpopulationen ist, sollte die Immunotoxikologie eine stärkere Beachtung innerhalb der Umwelttoxikologie finden. Ein besseres Verständnis grundlegender Mechanismen der Immunotoxizität in Fischen wäre dabei von großem Nutzen.

In recent years, surface waters throughout the world have been observed to be polluted with a wide variety of man-made substances. Even state-of-the-art sewage treatment plants do not have the potential to remove the broad array of man-made substances, present in sewage. Therefore, intake of sewage treatment plant effluent is nowadays the main source of contamination of our surface waters.
The focus of attention within aquatic toxicology has shifted from acutely toxic contaminations to low-level pollution, causing more subtle adverse effects, like e.g. disruption of endocrine regulation mechanisms or immune reactions. Adverse effects of environmental pollution on immune reactions in fish can lead to a decrease in immune competence and consequently higher susceptibility to diseases, possibly resulting in higher mortality rates among fish populations.
In order to get an insight into possible effects of immunologically active compounds, trout were exposed to two model substances, with known immunosuppressive activity, namely cortisol and rifampicin. Exposure of juvenile rainbow trout to cortisol via the water, resulted in lower leucocyte counts in peripheral blood and slightly decreased serum lysozyme activity. Water-borne rifampicin was shown to decrease serum lysozyme activity and to slightly reduce leucocrit values in peripheral blood.
As the main subject, the thesis at hand has addressed the influence of sewage treatment effluent on immune functions in rainbow trout. In order to investigate effects of wastewater on the trout immune system, trout were exposed to high concentrations of sewage effluent in an acute situation, as well as chronically to lower, more realistic concentrations. In the acute exposure experiment with juvenile trout, lasting over a period of 4 weeks, high effluent concentrations (30 and 70 %) resulted in decreased peripheral blood leucocyte counts, with lymphocytes being the main white blood cell population affected. Exposure to these high concentrations also decreased erythrocyte viability, resulting in a considerable high prevalence of degrading erythrocytes in peripheral blood. The other immune parameters, measured in this experiment, including serum lysozyme activity, lymphocyte proliferation, macrophage phagocytosis and oxidative burst, as well as serum antibody levels against the fish pathogen A. salmonicida, were not influenced by exposure to effluent. Beside the immune parameters mentioned, liver MFO activity was also assessed and found to be increased after exposure to effluent.
Chronic exposure of mature rainbow trout to 15 % effluent over a period of 32 weeks, resulted in alterations of general physiological and endocrine-reproductive, as well as immunological parameters. Liver and gonad weight were increased in both mature male and female trout, whereby in female fish the higher gonad weight was reflected in a higher fecundity. Exposure to effluent also resulted in higher plasma estradiol level in female and lower plasma 11-ketotestosterone levels in male trout. Moreover, liver MFO activity in male fish was increased after exposure to 15 % effluent, reflecting enhanced detoxification activity. Immune parameters measured in this experiment were serum lysozyme activity, differential blood cell counts, macrophage activity (oxidative burst and phagocytosis), prevalence and distribution of different leucocyte populations in spleen and production of specific antibodies against A. salmonicida. Serum antibody level against A. salmonicida were lower in mature female trout exposed to effluent compared to control fish, but not in mature male fish. Effluent-exposed immature trout (males and females pooled) and to some extend mature females moreover showed decreased lysozyme activity.
In spite of the possibility to show adverse effects of STP effluent on the immune system of rainbow trout, demonstrated in this thesis, the suitability of immune parameters for monitoring of environmental pollution remains questionable. An ultimate comprehensive evaluation of immune competence in fish cannot be deduced from the assessment of a few parameters, but is only possible with the demonstration of e.g. lower disease resistance, in the case of a suppressed immune system. A better knowledge of basic fish immunology and mechanisms of immunotoxicity, would enable a better risk assessment for pollution of aquatic environments. As immune competence is an important factor for the health and survival of our fish populations, the field of immunotoxicology should be brought forward, in order to enable a successful inclusion into investigations on environmental toxicology.