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Mikroplastik: Biokruste als Trojanisches Pferd

Umwelteinflüsse erleichtern das Eindringen der Partikel in Körperzellen

Mikroplastik
Wenn Mikroplastik länger in der Umwelt war, bekommt es eine Biokruste, die ihm leichteren Zugang in unsere Zellen verschafft. © pcess609/ iStock

Tarnende Kruste: Ist Mikroplastik Umwelteinflüssen ausgesetzt, kann es leichter in Zellen eindringen, wie eine Studie enthüllt. Demnach bilden sich auf der Oberfläche der Partikel Ablagerungen, die die Aufnahme in Körperzellen begünstigen – wie ein Trojanisches Pferd. Welche Auswirkungen dies auf die Gesundheit hat, ist noch unklar, denn bisher haben Forscher für solche Untersuchungen meist nur frisches, sauberes Mikroplastik verwendet.

Mikroplastik ist in unserer Umwelt allgegenwärtig – ob in der Tiefsee, unserer Nahrung oder sogar unseren eigenen Organen. Studien zufolge nehmen wir täglich mehr als hundert der winzigen Partikel auf, teils durch unsere Ernährung, teils durch die Atemluft. Einige davon werden mit dem Kot wieder ausgeschieden, andere hingegen reichern sich in unseren Geweben an. Doch wie gelangt das Mikroplastik in unsere Körperzellen? Bisherige Studien haben sich vorwiegend darauf fokussiert, welchen Einfluss die Größe der Partikel hat. Doch genau erklären konnten sie die Aufnahme nicht.

Umwelteinflüsse nachgestellt

Ein Team um Anja Ramsperger von der Universität Bayreuth hat nun auch Umwelteinflüsse einbezogen – die Faktoren, denen das Mikroplastik beispielsweise in Gewässern, dem Ozean oder in Böden ausgesetzt ist. Um eine natürliche Umgebung nachzustellen, legten die Forscher die Mikroplastikpartikel zunächst mehrere Wochen entweder in Süßwasser aus einem Teich, Salzwasser aus einem Aquarium oder – zur Kontrolle – steriles Wasser ein.

Nach zwei und vier Wochen brachten sie dieses „gealterte“ Mikroplastik in Kontakt mit lebenden Zellen von Mäusen. Dabei handelte es sich um Makrophagen, also Immunzellen, die im Blut patrouillieren, aber auch im Darm in hoher Anzahl vorkommen. Um zu erkennen, ob sich die Partikel innerhalb der Zellen oder nur auf deren Oberfläche befanden, färbten die Forscher einen wichtigen Teil der Strukturen im Zellinneren, die Aktinfilamente, ein.

Unter dem Mikroskop schauten sie nun, welche Partikel vollständig von den angefärbten Strukturen umgeben waren. „Die Fluoreszenz-Markierung der Aktinfilamente hat es uns ermöglicht, genau zu erkennen, welche Partikel von den Zellen aufgenommen wurden“, erklärt Ramspergers Kollege Holger Kress. Mit spektroskopischen Verfahren wiesen die Forscher zudem nach, dass es sich tatsächlich um das Mikroplastik handelte und nicht etwa um Verunreinigungen.

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Deckschicht aus Biomolekülen

Wie Ramsperger und ihre Kollegen feststellten, wurde das Mikroplastik, das Umwelteinflüssen ausgesetzt war, etwa zehnmal häufiger in die Zellen aufgenommen als die steril aufbewahrten Partikel. Ob das Mikroplastik zuvor in Salzwasser oder Süßwasser lag, machte dagegen keinen Unterschied.

Um die Mechanismen besser zu verstehen, untersuchten die Forscher die Oberfläche der Partikel mit Hilfe spektroskopischer Verfahren. Das Ergebnis: Während die Oberfläche des unberührten Mikroplastiks makellos glatt war, hatten sich auf den „gealterten“ Partikeln zahlreiche Ablagerungen aus Biomolekülen gebildet. „Spektroskopische Untersuchungen deuten darauf hin, dass es sich bei den Biomolekülen um Kohlenhydrate, Aminosäuren, Nukleinsäuren und Proteine handelt“, sagt Ramsperger.

Trojanisches Pferd für den Zelleintritt

In einer natürlichen Umgebung wie dem Ozean, einem See oder auch dem Boden bilden sich die ersten solcher Ablagerungen schon nach Sekunden, wie die Forscher erklären. Mit der Zeit werden diese anfänglich angelagerten Teilchen von solchen mit stärkerer Haftung verdrängt, die dann eine feste Kruste um die jeweiligen Partikel bilden. An diese Kruste wiederum lagern sich weitere Biomoleküle an.

Anders als die glatte Oberfläche neuer Mikroplastikpartikel bietet diese biologische Kruste mehr Möglichkeiten, mit Rezeptoren auf den Zellen zu interagieren. Das könnte ihre Aufnahme ins Zellinnere erleichtern. „Die Hülle aus Biomolekülen fungiert möglicherweise als eine Art Trojanisches Pferd, das Kunststoffe in lebende Zellen einschleust“, sagt Ramspergers Kollege Christian Laforsch. Nehmen die Makrophagen das Mikroplastik auf, dienen sie ihm als Eintrittspforte in die verschiedenen Körpergewebe.

Schädliche Auswirkungen noch unklar

Welche Folgen dieser Eintritt des Mikroplastiks in unsere Zellen und Gewebe hat, ist allerdings bislang unbekannt. „Unsere Studie spricht für die Annahme, dass Mikroplastik, das aus der Umwelt stammt und daher mit Biomolekülen beschichtet ist, nicht nur den Verdauungstrakt passiert, wenn es mit der Nahrung aufgenommen wird, sondern auch in das Gewebe übergehen kann“, so Laforsch. „Welche Schäden die Partikel hier im Einzelnen anrichten können, ist bisher nur unzureichend untersucht..

Unklar ist bisher auch, welche Eigenschaften des Mikroplastiks für solche potenziell schädlichen Wirkungen verantwortlich sein könnten. Aus Studien ist aber zum Beispiel bekannt, dass sich Schadstoffe und Bakterien in Gewässern und Böden bevorzugt an die winzigen Plastikpartikel anlagern. Inwieweit dies zu negativen Effekten beiträgt, muss noch erforscht werden.(Science Advances, 2020; doi: 10.1126/sciadv.abd1211)

Quelle: Universität Bayreuth

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