Die Giftigkeit von Mikro- und Nanoplastik auf Ökosysteme bewerten

Für die meisten Schadstoffe gibt es Standardprotokolle, um bewerten zu können, welche Risiken sie für natürliche Ökosysteme bergen. Auch von Mikro- und Nanoplastik (MNP) gehen Gefahren aus. Allerdings gibt es für diese Stoffe noch keine harmonisierten Richtlinien für die zuverlässige Prüfung ihrer Ökotoxizität. Forschende mit Beteiligung des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) haben neue Protokolle entwickelt, mit denen sich die Giftigkeit dieser Substanzen auf Boden- und Gewässerökosysteme standardisiert bewerten lässt.

Studien zur Bestimmung der Ökotoxizität werden in der Regel nach festgelegten Protokollen in Expositionsexperimenten durchgeführt, in denen die Organismen verschiedenen Substanzen unter möglichst realitätsnahen Umweltbedingungen ausgesetzt werden.

Unzulänglichkeit bisheriger Bewertungsmethoden

Bisherige Ökotoxizitätsstudien zu Mikro- und Nanoplastik (MNP) verwenden handelsübliche kugelförmige Partikel als Modelle für MNPs, doch in der Natur kommen Kunststoffpartikel in unterschiedlichsten Formen, Größen und chemischen Zusammensetzungen vor. „Jede dieser Eigenschaften kann ihr dynamisches Verhalten und ihre Toxikologie beeinflussen und sollte bei der Durchführung ökotoxikologischer Experimente zur Bewertung potentieller Risiken berücksichtigt werden“, sagt Dr. Fazel A. Monikh, Erstautor der Studie und derzeit Wissenschaftler am IGB in Neuglobsow.

Außerdem werden zur Bewertung der Ökotoxizität von MNPs derzeit Protokolle verwendet, die für Chemikalien entwickelt wurden, die sich auflösen oder stabile Mischungen bilden. Kunststoffpartikel hingegen lösen sich nicht auf und zeigen auch keine regelmäßige Durchmischung in der Flüssigkeit in der sie schwimmen.

Das Untersuchungsprotokoll berücksichtigt die spezifischen Eigenschaften von MNPs

Die Forschenden beschreiben in der Fachzeitschrift Nature Protocols Expositionsprotokolle für Boden- und Gewässerökosysteme, welche die partikelspezifischen Eigenschaften von MNPs und ihr dynamisches Verhalten in Expositionssystemen berücksichtigen. Darüber hinaus wird eine Methode vorgestellt, mit der realistische Mikro- und Nanopartikel für Experimente künstlich hergestellt werden können. Das Protokoll wurde für Toxizitätstests von MNPs unter kontrollierten Bedingungen im Labor, Meso- oder Makrokosmen entwickelt, und ist nicht für das Monitoring unter Feldbedingungen geeignet.

„Das neue Protokoll ist eine wichtige Grundlage für Forschende in der Ökotoxikologie, um die Dosis-Wirkungs-Beziehungen nach der Exposition von Organismen gegenüber MNPs zu verstehen; aber auch für die Industrie, um sicherere Kunststoffe zu entwickeln und Toxizitätstests an Kunststoffen durchzuführen und um regulatorische Anforderungen zu erfüllen“, nennt Fazel A. Monikh die Anwendungszwecke.

Kleiner ist nicht gleich weniger giftig

Die Protokolle berücksichtigen auch die Unterschiede zwischen Mikro- und Nanoplastik. Nanokunststoffe sind in Größe und Form mit großen Proteinen vergleichbar. Daher verhalten sie sich von Natur aus anders als ihre Pendants aus Mikroplastik und sind möglicherweise in der Lage, in Zellen einzudringen. Außerdem befindet sich ein größerer Anteil der Moleküle in Nanoplastik auf der Oberfläche der Partikel, was die Wechselwirkungen mit Zellbestandteilen erhöhen kann. „Es ist daher wichtig, die Unterschiede zwischen Mikroplastik und Nanoplastik zu berücksichtigen, wenn Toxizitätstests mit diesen Partikeln durchgeführt werden“, sagt Hans Peter Grossart, IGB-Forscher und Mitautor der Studie. (Nature Protocols. 2023; doi: 10.1038/s41596-023-00886-9)

Quelle: Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)