In Flaschen abgefülltes Wasser enthält Hunderttausende potenziell gefährlicher Plastikfragmente: Studie

Eine neue Studie hat herausgefunden, dass eine durchschnittliche Flasche Wasser fast eine Viertelmillion Fragmente von „Nanoplastik“ enthält – Plastikpartikel, die so klein sind, dass sie möglicherweise die Maschinerie menschlicher Zellen verkleben können.

Die am Montag in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlichten Ergebnisse öffnen ein beunruhigendes Fenster in eine weitgehend unerforschte Ecke der Plastikverschmutzung – eine Region, die von Plastik in der ungefähren Größe von Viren oder Impfstoffpartikeln geprägt ist.

„Wir wissen, dass Mikroplastik immer in der Umwelt vorhanden ist“, sagte Co-Autor Beizhan Yan von der Columbia University gegenüber The Hill. „Sie kommen hoch oben in den Alpen und unten im Marianengraben vor, und ziemlich oft auch in den Gewässern von New York City.“

Aber Mikroplastik sei vergleichsweise groß und leicht zu messen, sagte er – es sei in Millionstelmetern messbar und könne mit Technologien wie einem Rasterelektronenmikroskop betrachtet werden.

Das Team war besorgt über Nanoplastik, bei dem es sich um tausendmal kleinere Partikel handelt, die in Milliardstel Metern messbar sind. Diese kleineren Größen können zu einer größeren Gefahr führen, sagte Yan, „denn je kleiner die Partikelgröße, desto leichter gelangen sie in den menschlichen Körper und überwinden dann verschiedene Barrieren.“

Die winzigen Verbindungen, fügte Yan hinzu, „können ins Blut gelangen und dann die verschiedenen Barrieren überwinden, um in die Zellen zu gelangen“, wodurch sie die Organellen – zelluläre Organe – stören und zu Fehlfunktionen führen.

Es wurde festgestellt, dass sowohl Mikro- als auch Nanoplastik eine Vielzahl gefährlicher Auswirkungen auf eine erstaunliche Reihe wichtiger Systeme im menschlichen Körper haben, wie in einem Artikel in The Lancet vom Dezember festgestellt wurde.

Diese Untersuchung aktueller Forschungsergebnisse ergab, dass winzige Kunststoffe die Chemie des menschlichen Körpers beeinträchtigen können – und Auswirkungen sowohl auf als auch von den Mikrobengemeinschaften in unserem Darm haben, die uns bei der Verdauung von Nahrungsmitteln helfen.

Mikro- und Nanoplastik kann zu „oxidativem Stress, Entzündungen, Immunschwäche, verändertem biochemischen und Energiestoffwechsel, beeinträchtigter Zellproliferation, gestörten mikrobiellen Stoffwechselwegen, abnormaler Organentwicklung und Karzinogenität“ führen, schrieben die Lancet-Autoren.

Wenn also diese möglicherweise gefährlichen Verbindungen in Flaschenwasser gefunden werden, ist es dann sicher, es zu trinken?

Das Wissen um die potenziellen Risiken von Nanoplastik ist nur die halbe Miete: Wissenschaftler müssen auch wissen, welche Kunststoffpolymere Menschen tatsächlich zu sich nehmen und in welchen Mengen, um zu bestimmen, wie gefährlich die Exposition sein kann.

Hier kommt die PNAS-Studie ins Spiel. Mithilfe einer innovativen neuen Methode der Laserbildgebung konnten die Wissenschaftler weitaus kleinere Kunststoffe als je zuvor identifizieren, darunter mehrere potenziell besorgniserregende.

Indem sie Wasser von drei gängigen Marken durch einen extrem feinkörnigen Filter laufen ließen, konnten sie Partikel im Maßstab von Milliardstel Metern einfangen – und sie dann identifizieren.

Diese Kunststoffe machten jedoch nur 10 Prozent der gesamten von den Wissenschaftlern gefundenen Nanopartikel aus. Sie fanden auch noch nicht identifizierte Teile von mikroskopisch kleinem Ton, Metallen und schwarzem Kohlenstoff aus Bränden – sowie Kunststoffe, die so zersetzt waren, dass die Bildgebungstechnologie sie nicht erkennen konnte.

Die bloße Anwesenheit von Objekten dieser Größe ist möglicherweise schädlich für den Körper, denn selbst wenn sie chemisch inert sind, sind sie klein genug, um in Zellen einzudringen und sie zu zerstören, ähnlich wie Sand in einem Motor.

Doch die chemische Struktur von Kunststoffen mache ihnen besondere Sorgen, sagten die Wissenschaftler.

Da Kunststoffe der Chemie lebender Lebewesen so ähnlich sind – Petrochemikalien stammen schließlich aus den alten Rückständen längst verstorbener Organismen –, können sie wichtige biologische Funktionen nachahmen oder stören, indem sie die Struktur der chemischen Botenstoffe nachahmen, die dabei helfen, ein breites Spektrum anzutreiben von Körperfunktionen.

Die Wissenschaftler fanden eine große Vielfalt an Kunststoffen in den Flaschen, wobei fünf Arten vorherrschten – angefangen bei Polyethylenterephthalat (PET).

Da PET die Struktur der Flaschen selbst ausmacht, war diese Erkenntnis wenig überraschend. Es gab auch wenig Anlass zur Sorge, da PET grundsätzlich als sicher gilt, obwohl PET-Verbindungen den giftigen Katalysator Antimon enthalten können.

Es wurde jedoch auch festgestellt, dass das Wasser in den Flaschen eine Vielzahl potenziell gefährlicher Nanoplastiken enthält, die nicht in den Flaschen selbst vorkommen – was auf unbekannte Quellen der Umweltverschmutzung hinweist.

Die Wissenschaftler identifizierten Verbindungen wie Nylon, das beim Abbau in giftige Monomere zerfällt; Polystyrol (oder Styropor, häufig in Schaumstoffbehältern enthalten), das in das vermutlich krebserregende Styrol zerfallen kann; und Polyvinylchlorid (PVC), das schädliche Zusatzstoffe wie Blei oder Phthalate enthalten kann und mit Störungen des Nerven- oder Hormonsystems in Verbindung gebracht wird.

Was die Forscher als ironischen Befund bezeichneten, war, dass sie auch Kunststoffverbindungen im Wasser fanden, die mit dem Primärmaterial in Umkehrosmosefiltern übereinstimmten – was darauf hindeutet, dass die Kunststoffe durch den Filtrationsprozess selbst ins Wasser gelangt waren, so Co-Autor Naixin Qian Die Columbia University sagte gegenüber The Hill.

Aber die gefährlicheren Partikel wie PVC und Polystyrol schienen mit dem „Quellwasser“, mit dem sie gefüllt waren, in die Plastikflaschen gelangt zu sein, sagte Qian.

Eine Möglichkeit, wie diese in dieses Wasser gelangt sein könnten: Nach Angaben der Environmental Protection Agency geben Kunststofffabriken aerosolisierte Kunststoffgase ab, die in die Umwelt gelangen können – in die Luft und damit in Regen und Wasser.

Unabhängig von der Quelle des Nanoplastiks war das Columbia-Team jedoch besonders besorgt über die Gesundheitsrisiken, die sie darstellen – insbesondere für sehr junge und sehr alte Menschen.

Diese Partikel sind klein genug, um die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden, was bedeutet, dass sie zu einer neuronalen Degeneration führen können, insbesondere bei älteren Menschen, bei denen die Barriere „lockerer“ ist, sagte Yan.

Die Exposition gegenüber Mikro- und Nanoplastik kann zu Zellschäden im Nervensystem führen, was zu einem erhöhten Risiko für Störungen des Nervensystems und Verhaltensänderungen führt – wobei Nanoplastik schädlicher ist als Mikroplastik.

Nanoplastik ist außerdem klein genug, um über die Plazenta in die allgemein geschützte Umgebung der Gebärmutter zu gelangen, mit unbekannten Auswirkungen auf einen sich entwickelnden Fötus.

Nanoplastik kann beispielsweise in die Nabelvenen gelangen, die Blut und Abfallprodukte aus einem Embryo zurücksaugen, und Zellprozesse stören, die bei der Beseitigung von Zelltrümmern helfen. Sie können auch die embryonalen Nieren- und Fortpflanzungszellen erheblich schädigen und das normale Wachstum des fetalen Herzens beeinträchtigen.

Das sich entwickelnde Nervensystem des Fötus ist außerdem sehr anfällig für Schäden durch Umweltschadstoffe, und Nanoplastik kann es den Zellen im Gehirngewebe des Fötus erschweren, am Leben zu bleiben.

Angesichts der Tatsache, dass diese Kunststoffe über das Trinkwasser in den Körper und damit über das Verdauungssystem gelangen, könnte dies der Ort der unmittelbarsten Auswirkungen sein. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass PET in wichtige mikrobielle Gemeinschaften im menschlichen Darm eingreift und das Wachstum schädlicher Bakterien fördert, während es nützliche Bakterien unterdrückt.

Und Studien an Mäusen haben ergeben, dass Mikro- und Nanoplastik zum Zelltod in der Darmschleimhaut führt und Entzündungen im Darm verstärkt.

Wenn es Nanoplastik gelingt, vom Verdauungssystem in den Blutkreislauf zu gelangen, könnten die Auswirkungen weitaus weitreichender sein – beginnend mit Herzerkrankungen.

Es gibt starke Beweise dafür, dass dies passieren kann. Eine Studie aus dem Jahr 2021 ergab, dass, wenn Ratten mit Wasser gefüttert wurden, in das Polystyrol- oder Styropor-Nanopartikel eingebettet waren, diese Partikel begannen, sich in ihren Herzen anzusammeln – was dazu führte, dass das Herz mit Kollagen anschwoll, das Schlagen erschwerte und letztendlich zum vorzeitigen Tod der Ratten führte Herzzellen.

Und Tests in einer Petrischale ergaben, dass Nanopartikel menschliche rote Blutkörperchen zerstören könnten, obwohl sie diese Ergebnisse nicht in echtem Blut reproduzieren konnten.

Doch so besorgniserregend diese Laborergebnisse auch sind, die Risiken von Nanoplastik bleiben derzeit Gegenstand von Vermutungen. Während solche Partikel in hohen Dosen sehr giftig für Zellen sein können, ist es weit weniger klar, was bei den Mengen passiert, denen normale Menschen tatsächlich ausgesetzt sind.

Diese Lücke in unserem Wissen resultiert aus einer Lücke in der Technologie – da es keine verlässliche Möglichkeit gibt, Nanopartikel in der Umwelt zu identifizieren, konnten Wissenschaftler nicht genau berechnen, wie vielen Partikeln sie Zellen aussetzen müssen, um die Auswirkungen der Exposition zu testen.

Die Columbia-Ergebnisse sind ein wichtiger Schritt, um diese Lücke zu schließen.

Vielleicht bedeutsamer als die Befunde selbst – die alarmierend, aber schwer in einen Zusammenhang zu bringen – war die Art und Weise, wie das Team der Columbia University sie entdeckte: durch eine neue Methode, die es den Wissenschaftlern zufolge ermöglichen wird, spezifische Nanoplastiken in Böden zu identifizieren, die Luft und menschliches Gewebe.

Diese Methode wird Raman-Streuung genannt – eine Methode, die vom Co-Autor der Studie, Wei Min, mitentwickelt wurde und mit einem Laserstrahl auf ein unbekanntes Kunststoffpartikel trifft und die Frequenz des zurückgeworfenen Lichts entschlüsselt, um festzustellen, welches Kunststoffpolymer sich darin befindet.

Verbindungen wie PVC, PET und Polystyrol bestehen alle „aus unterschiedlichen chemischen Bindungen“, sagte Min. „Diese verschiedenen chemischen Bindungen haben unterschiedliche, im Wesentlichen intrinsische Energie. Und wir können Laser verwenden, um diese Energie abzufragen und die Wechselwirkung zwischen dem Laser und diesem Teil der chemischen Bindungen zu erkennen.“

Dies ermöglicht es Forschern, „verschiedene chemische Bindungen und damit verschiedene Arten von Polymeren zu unterscheiden“, fügte Min hinzu.

Qian warnte jedoch davor, dass das Team immer noch nicht über genügend Informationen verfügt, um beispielsweise sagen zu können, wie sich die in Flaschen gefundenen Nanoplastikwerte mit den Werten im Leitungswasser im ganzen Land vergleichen lassen.

Obwohl frühere Untersuchungen von Yan darauf hindeuten, dass der Nanoplastikgehalt im Leitungswasser der Stadt New York deutlich niedriger ist als der in Flaschenwasser, handelt es sich hierbei um eine sehr spezifische Erkenntnis aus einer ganz bestimmten Stadt. (Das Team geht davon aus, innerhalb der nächsten zwei Jahre mit der Veröffentlichung von Ergebnissen für die landesweite Leitungswasserversorgung zu beginnen.)

Qian sagte, dass der Staffelstab nun an Toxikologen übergeben werde, um herauszufinden, wie sich die vom Team in Flaschenwasser gefundenen Werte auf tatsächliche gesundheitliche Auswirkungen auswirken.

„Wir haben bei der Quantifizierung der Exposition nur den ersten Schritt gemacht: wie viel [nanoplastics] Es gibt in der Flasche Wasser, die wir haben [are] tatsächlich jeden Tag ausgesetzt“, sagte Qian.

„Sobald Sie die genaue Exposition kennen, können Sie die Folgen der Toxizität genauer untersuchen“, sagte sie.