Datenbasierter Ansatz zur Risikobewertung von Mikro- und Nanokunststoff
Die aktuellen experimentellen Ansätze zur Analyse der Auswirkungen von Mikro- und Nanokunststoff sind nicht perfekt. Verschiedene Labore, die unterschiedliche Materialien und verschiedene Analyseausrüstung nutzen, erzielen ungleiche Ergebnisse. Es bedarf dringend eines systematischen Ansatzes zur Entwicklung und Validierung analytischer Verfahren und experimenteller Systeme, die konsistente und zuverlässige Ergebnisse liefern. Darin bestand das Ziel von PlasticsFatE(öffnet in neuem Fenster), nur einem der vielen von der Europäischen Union finanzierten Projekte zur Begrenzung der Auswirkungen von Kunststoffen auf unsere Gesundheit und Umwelt. „Als die Arbeit im Rahmen von PlasticsFatE begann, wussten wir, dass es in der Umwelt erhebliche Mengen an Mikro- und Nanokunststoffen gibt, die durch Verschleiß und Zersetzung größerer Kunststoffteile entstehen, die die Gesellschaft zum einen benutzt, aber auch in die Umwelt entsorgt.“ „Wir verfügten über Hinweise darauf, dass sich Mikro- und Nanokunststoffe in verschiedenen Organismen, auch in Menschen, ansammeln, aber wir wussten sehr wenig über ihre Auswirkungen auf den menschlichen Körper“, sagt Mark Morrison(öffnet in neuem Fenster), Projektkoordinator von PlasticsFatE und leitender Berater bei Optimat(öffnet in neuem Fenster). „Unser Ziel war es, die Auswirkungen von Mikro- und Nanokunststoffen und den damit verbundenen Zusatzstoffen und Verunreinigungen auf die Gesundheit des Menschen besser zu verstehen“, fügt Rudolf Reuther(öffnet in neuem Fenster) hinzu, wissenschaftlicher Koordinator und Gründer von PlasticsFatE sowie Gründer und Leiter des Unternehmens Environmental Assessments(öffnet in neuem Fenster), das Risikobewertungen von Chemikalien in der Umwelt durchführt.
Erprobung aktueller Mikro- und Nanoplastik-Analysesysteme
Das Team hat ein ganzes Spektrum an Kunststoffen ermittelt und analysiert, denen wir am stärksten ausgesetzt sind. Dazu gehörten Polyethylenterephthalat (PET), das häufig in Form von Getränkeflaschen zum Einsatz kommt, und Polyethylen (PE), das in Lebensmittelverpackungen zu finden ist. Die Forschenden betrachteten sowohl den Mikro- als auch den Nanometerbereich und unterschiedliche Ausprägungen, um die Vielfalt der Formen von Mikro- und Nanokunststoffen widerzuspiegeln, die sich auf unsere Gesundheit auswirken könnten. „Wir charakterisierten diese Mikro- und Nanokunststoffe mithilfe verschiedener hochmoderner Ausrüstung, um sicherzugehen, dass wir ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften durchschaut haben, denn diese bestimmen, wie Mikro- und Nanokunststoffe mit der lebenden Welt interagieren“, erklärt Reuther. Um die Konsistenz der aktuellen Testverfahren zu erproben, unterzog das Team von PlasticsFatE die Mikro- und Nanokunststoffe Laborvergleichsstudien. Diese entsprechen den Leitlinien internationaler Organisationen und Einrichtungen, beispielsweise der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung.
Wie sich Mikro- und Nanoplastik auf unseren Körper auswirkt
Bei der Bewertung der Testsysteme berücksichtigten die Forschenden außerdem die Auswirkungen auf unseren Körper, die durch die Aufnahme von nicht kontaminierten Mikro- und Nanokunststoffen sowie mit verschiedenen Chemikalien, Biomolekülen und Mikroorganismen kontaminiertem Plastik begründet waren. „Wir haben untersucht, welche Auswirkungen diese auf eine Reihe von Zellsystemen hatten, von Einzelzelltypen bis hin zu komplexeren Mehrzelltypen, mit denen die Atemwege und der Magen-Darm-Trakt nachgeahmt wurden, welche die zwei Hauptwege der Exposition des Menschen gegenüber Mikro- und Nanokunststoffen darstellen. Zu den von uns untersuchten Auswirkungen zählten Entzündungen, Immunreaktionen und Zelltod“, berichtet Morrison.
Mikro- und Nanokunststoff: mögliche Auswirkungen auf Mikrobiom und Antibiotikaresistenz
Es wurde festgestellt, dass sich reine oder Originalzustand vorliegende Mikro- und Nanokunststoffe über die untersuchte Expositionszeit, die Stunden bis einige Wochen betrug, nur gering auf die untersuchten Zellsysteme auswirkten. „Wir haben jedoch festgestellt, dass Mikro- und Nanokunststoffe in Zellen eindringen und Veränderungen in der Genexpression verursachen können. Zudem fanden wir heraus, dass Mikro- und Nanokunststoffe als Träger für chemische und biologische Schadstoffe fungieren und diese in die Zellen einschleusen können“, merkt Morrison an. Außerdem bestätigte sich, dass Bakterien an die Oberfläche von Mikroplastik binden können und dadurch der Gentransfer zwischen Bakterien zunimmt, was Auswirkungen auf die Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen befürchten lässt. „Wir erfuhren zudem, dass Mikro- und Nanokunststoffe die Zusammensetzung des Mikrobioms im Magen-Darm-Trakt beeinflussen können, und dass dies in Krankheitsmodellen stärker ausgeprägt war. Damit könnte bei manchen Menschen die Fähigkeit, Nährstoffe aus der Nahrung zu verdauen und aufzunehmen, beeinträchtigt werden“, fügt Reuther hinzu.
Dringend notwendiger erster Schritt zur Bewertung der Rolle von Mikro- und Nanoplastik
Das Team vertritt die Ansicht, dass es von entscheidender Bedeutung ist, den Verantwortlichen der Politik, den für Verordnungen Zuständigen und weiteren Interessengruppen validierte Informationen zur Verfügung zu stellen, auf deren Grundlage sie Entscheidungen treffen können. „Wir haben eng mit unseren Partnern zusammengearbeitet, um einen Fahrplan für die zukünftige Erforschung von Mikro- und Nanokunststoffen zu erstellen, der unserer Meinung nach die verbleibenden Wissenslücken schließen wird. Wir mussten feststellen, dass längerfristige Studien zur menschlichen Gesundheit (über Monate und Jahre) von zentraler Wichtigkeit sein werden, ebenso wie eine detailliertere Untersuchung, ob Mikro- und Nanokunststoffe eine stärkere Wirkung auf Menschen mit bereits bestehenden Gesundheitsproblemen ausüben“, schließt Morrison.
