Mikrokunststoffe erzeugen im Wasser schädliche freie Radikale

In den sozialen Medien werden Mikrokunststoffe als das Blei und der Asbest dieser Generation bezeichnet: nützliche Dinge, die völlig unbedenklich wirkten – bis sie es nicht mehr waren.

Kunststoffe sind allgegenwärtig, weil sie langlebig, vielseitig und offenbar stabil sind.

Dadurch finden sie sich buchstäblich in unseren Herzen und in sämtlichen Lebensräumen, von der Tiefsee bis zu uraltem Gestein. Sie haben sogar ein eigenes, von invasiven Arten geprägtes Ökosystem aus kunststofffressenden Pflanzen und Tieren hervorgebracht.

Die gesundheitlichen Bedenken wachsen ebenso rasch wie die Kunststoffmenge, und neue Erkenntnisse deuten darauf hin, dass diese Materialien keineswegs inert sind.

Mikrokunststoffe im Wasser erzeugen freie Radikale

Das ist eine beunruhigende Erkenntnis für Menschen, die keine synthetischen Splitter in ihren Fortpflanzungsorganen haben möchten: Forschende der Columbia University und der University of California, Berkeley, haben nachgewiesen, dass Mikrokunststoffe im Wasser chemisch aktiv werden und die Bildung DNA-schädigender freier Radikale katalysieren.

Diese soeben in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichte Erkenntnis wiegt schwer, da unsere Welt von Wasser bedeckt ist.

Und woraus bestehen unsere Körper grösstenteils?

„Unsere Forschung ergab, dass Mikrokunststoffe bei der Wechselwirkung mit Wasser – etwa in Flaschenwasser oder nachdem sie in unseren Blutkreislauf aufgenommen wurden – spontan [diese] hochenergetischen reaktiven Radikale erzeugen“, erklärt Erstautorin Naixin Qian, Biotechnologiechemikerin an der Columbia University.

Mit mehreren Laborexperimenten, Analysemethoden und Berechnungen untersuchte das Forschungsteam, wie reaktiv Mikrokunststoffe in Wasser sind.

Ihre geringe Grösse verändert ihre Eigenschaften:

„Wenn Kunststoff in immer kleinere Partikel zerfällt, nimmt seine Oberfläche enorm zu“, erklärt Wei Min, Mitautor der Studie und Leiter der auf biomolekulare Dynamik ausgerichteten Min-Gruppe an der Columbia University.

„Dann verändern Mikrokunststoffe das sie umgebende Wasser und erzeugen hochenergetische, reaktive Radikale, die sehr wahrscheinlich zu den biologischen Schäden beitragen, die wir infolge der Belastung durch Mikrokunststoffe bei Tieren und möglicherweise auch bei Menschen beobachten.“

Die Forschenden untersuchten sechs handelsübliche Kunststoffe in Laborqualität als Pulver und lieferten über drei chemische Beweislinien hinweg Hinweise auf die Bildung freier Radikale – konkret von Hydroxylradikalen.

Hydroxylfreie Radikale (OH) bestehen aus Sauerstoff und Wasserstoff und zählen zu den reaktivsten sowie giftigsten Varianten. Ihre Fähigkeit, Zellen zu zerstören, hat zum Aufschwung der Antioxidantienbranche beigetragen – die möglicherweise nicht besonders wirksam ist.

Den Beobachtungen zufolge entstehen die freien Radikale offenbar an der Grenzfläche zwischen Mikrokunststoffen und Wasser.

Als die Forschenden Lysozym hinzufügten, ein Protein, das in menschlichen Körperflüssigkeiten wie Tränen, Speichel, Schleim und Milch vorkommt, stellten sie fest, dass es auf möglicherweise ungesunde Weise verklumpte. Proteinablagerungen im Gehirn treiben übrigens neurodegenerative Erkrankungen an.

Die Zugabe von Koffein wirkte als molekularer Schutzschild und stoppte diesen Effekt, weil Koffein ein Antioxidans ist. Seine Schutzwirkung unterscheidet sich allerdings im Labor von jener im Körper.

Aus Mäusen gewonnene rote Blutkörperchen wurden ebenfalls getestet; durch den Prozess, der freie Radikale erzeugte, verformten und zerbrachen sie.

Warum hydrophobe Mikrokunststoffe besonders reaktiv sind

Insgesamt beruht die Reaktivität von Mikrokunststoffen auf einer kontraintuitiven Ursache.

Die hydrophobsten, also wasserabweisendsten, Mikrokunststoffe reagieren am stärksten – und genau diese Eigenschaft ist der Grund dafür. Indem sie Wasser abstossen, beeinflussen sie dessen molekulare Struktur.

Diese Neuordnung der Wassermoleküle verändert elektrostatische Kräfte, die auch Katzen und Verpackungschips betreffen.

Kurz gesagt: In der Nähe der hydrophoben Kunststoffoberfläche nehmen gelöster Sauerstoff oder Wasserstoffionen Elektronen von den Hydroxidionen des Wassers auf und werden dadurch zu Hydroxylradikalen.

Die Forschenden weisen ausserdem auf die grosse Zahl an Prozessen hin, die Kunststoffe in ihrer ursprünglichen Form in Mikrokunststoffe verwandeln.

Neben industriellen Verfahren wie – welch Überraschung – der Kunststoffherstellung überfluten auch unsere alltäglichen Gewohnheiten unsere Körper und Wohnräume mit Mikrokunststoffen.

Schon das Öffnen und Schliessen einer Wasserflasche reibt Material von ihrem Verschluss ab.

Schon das Öffnen und Schliessen einer Wasserflasche reibt Material von ihrem Verschluss ab.

„Unterschiedliche Anwendungen und Vorgänge in unserem Alltag können ebenfalls Mikrokunststoffe erzeugen, darunter das Erhitzen in der Mikrowelle, die Sonneneinstrahlung auf Flaschenwasser während der Lagerung und intravenöse Injektionen im Gesundheitswesen“, sagt Studienmitautor Beizhan Yan, Umweltgeochemiker an der Columbia Climate School.

„Diese grundlegende Arbeit eröffnet einen möglichen Weg, ihre gesundheitlichen Auswirkungen zu verstehen.“

Forschung zu Belastung und möglichen Lösungen

Yan und andere Forschende, darunter Mitautoren dieser Arbeit, führen nun Tierstudien durch, um zu klären, wie Kunststoffpartikel während der Schwangerschaft in fötales Gewebe gelangen.

Das Team untersucht zudem Ansätze nach dem Prinzip, dass Vorbeugen besser ist als Heilen, und testet, wie sich die Belastung durch winzige Kunststoffpartikel verringern lässt.

Insgesamt hat die Lage staatliche Massnahmen ausgelöst: Anfang dieses Jahres führte das US-Gesundheitsministerium HHS das mit 144 Millionen US-Dollar ausgestattete STOMP-Programm ein, um vom Menschen eingebrachte Mikrokunststoffe zu bekämpfen.

Eine mögliche künftige Lösung? Kunststoffe oder zumindest ihre Oberflächen zu verändern, denn diese Arbeit legt nahe, dass dort elektrische, physikalische und chemische Aktivität stattfindet.

Wie Teresa Head-Gordon, theoretische Chemikerin und Leiterin ihres nach ihr benannten Berkeley-Labors, abschliessend erklärt, „könnte [dies] letztlich zu neuen technischen Lösungen führen, indem die Chemie dieser Massenkunststoffe neu gestaltet wird, um die toxischen Folgen für Gesundheit und Umwelt zu verringern.“

Die Forschung wurde in Nature veröffentlicht.

Dieser Artikel wurde von Fiona MacDonald auf Fakten geprüft und von Fiona MacDonald redigiert. Wir sind stolz auf unseren Prozess, aber auch nur Menschen. Falls Ihnen ein Fehler auffällt, teilen Sie ihn uns bitte mit.