In Zusammenarbeit mit:
Forschungsinstitut für Nutztierbiologie (FBN)
Nanoplastik bis zur Fleischtheke
Text: querFELDein
Nanoplastik ist so klein, dass es von vielen Messgeräten bislang kaum erfasst werden kann. Doch Fakt ist, dass die winzigen Kunststoffteilchen vermehrt in der Umwelt und unseren Nahrungsketten angekommen sind. Dr. Anja Baufeld vom Forschungsinstitut für Nutztierbiologie (FBN) untersucht gemeinsam mit ihrem Team die Auswirkungen von Nanoplastik in Tierzellen. Dies ist ein wichtiger Schritt, um mögliche Risiken für Tiergesundheit und Landwirtschaft abzuschätzen.
Frau Dr. Baufeld, wo genau liegt eigentlich der Unterschied zwischen Mikro- und Nanoplastik? Geht es nur um die Größe der Partikel?
Anja Baufeld: Tatsächlich wird die Abgrenzung zwischen Mikro- und Nanoplastik in der Forschung noch diskutiert. Einen allgemein anerkannten Grenzwert gibt es bislang nicht. Oft wird folgende Definition verwendet: Mikroplastik ist kleiner als fünf Millimeter und alles unter einem Mikrometer gilt als Nanoplastik. In der Literatur finden sich aber auch andere Definitionen, vor allem bei Letzterem.
Neben der Größe ist es aber auch so, dass Nanoplastik andere physikalische Eigenschaften an den Tag legen kann, als man es von Mikroplastik gewohnt ist. Die Partikel agieren untereinander anders, möglicherweise weil andere Anziehungskräfte wirken, die unter anderem zur Zusammenlagerung führen. Und all das unterscheidet sich dann noch einmal von Plastikart zu Plastikart. Was die Forschung hier zusätzlich schwierig macht: Nanoplastik-Partikel sind zu klein für viele Messgeräte.
Wie entsteht Nanoplastik überhaupt?
Baufeld: Nach aktuellem Kenntnisstand entsteht Nanoplastik durch ähnliche Prozesse wie Mikroplastik. Langkettige Kohlenstoffpolymere zerfallen durch Umwelteinflüsse wie UV-Strahlung, Abrieb oder Chemikalien in immer kleinere Bestandteile. Je kleiner diese Partikel werden, desto eher können sie auch in Zellen von Tieren und Menschen eindringen.
Gibt es bereits Nachweise dafür, dass sich Plastikpartikel in landwirtschaftlichen Nutztieren ablagern?
Baufeld: Ja. Forschende aus den Niederlanden haben dazu unter anderem eine Pilotstudie mit Schweinen und Rindern durchgeführt. Sie konnten verschiedene Plastikpolymere im Blut und Fleisch der Tiere, im Futter und auch in der Rindermilch nachweisen.
Für die Fleischuntersuchungen wurden sowohl Proben direkt aus Schlachtbetrieben als auch Fleisch aus dem Supermarkt analysiert. Die Forschenden weisen allerdings selbst darauf hin, dass nach der Schlachtung noch viele Verarbeitungsschritte folgen. Wie genau das Plastik letztlich ins Fleisch gelangt ist, muss deshalb noch genauer untersucht werden. Ein Eintrag kann zum Beispiel auch über Plastikverpackungen erfolgen.
Wenn wir die Weiterverarbeitung nach dem Melken bzw. der Schlachtung außen vor lassen: Wo sehen Sie die Hauptquellen für das Nanoplastik, das in Tierzellen eindringt? Sind es achtlos weggeworfener Müll in der Landschaft oder eher Arbeitsmittel auf den Betriebshöfen?
Baufeld: Derzeit geht man davon aus, dass Nanoplastik vor allem über Nahrung und Trinkwasser aufgenommen wird. Plastik ist aus modernen Landwirtschaftsbetrieben nicht wegzudenken, weil es leicht, widerstandsfähig und wasserfest ist.
Eine weitere Quelle sind Mulchfolien auf den Feldern. Diese Folien sollen inzwischen direkt auf dem Acker verwittern. Häufig bedeutet das aber, dass sie lediglich in immer kleinere Plastikpartikel im Boden zerfallen. Diese Partikel können von Pflanzen aufgenommen werden und so wieder in der Nahrungskette landen.
Unterschätzen sollte man zudem nicht den Eintrag über die Luft. Nanoplastik kann eingeatmet werden und möglicherweise über die Lunge direkt ins Blut gelangen. In diesem Zusammenhang spielt auch Reifenabrieb von Autos oder Traktoren eine Rolle. Eine Weide neben einer Autobahn dürfte deshalb stärker belastet sein als eine Almweide.
Achtlos weggeworfener Müll in der Landschaft gilt dagegen eher als untergeordnete Quelle für Nanoplastik, kann für Tiere aber auf andere Weise gefährlich werden.
Welche mechanischen oder chemischen Auswirkungen kann Nanoplastik in Tierzellen haben?
Baufeld: In Untersuchungen in Zellkulturen wurden bereits Entzündungsprozesse, oxidativer Stress und sogar Zelltod nachgewiesen. Möglich ist außerdem, dass Nanoplastik chemische Prozesse innerhalb der Zellen stört.
Dabei spielt allerdings die jeweilige Plastikart eine entscheidende Rolle. Es gibt mehrere Kunststoffpolymere, die besonders häufig vorkommen und die nun nach und nach untersucht werden müssen. Das ist jedoch schwieriger, als es klingt.
Wir arbeiten derzeit zum Beispiel mit Polystyrol. Das war zunächst vor allem eine logistische Entscheidung, weil sich Polystyrol-Partikel in unterschiedlichen Größen vergleichsweise leicht beschaffen lassen. Gleichzeitig macht Polystyrol nur etwa fünf bis sechs Prozent des gesamten Plastikaufkommens aus. Häufiger verbreitet ist etwa Polyethylen, doch hier ist es deutlich schwieriger, geeignete Nanopartikel für Zellkulturversuche zu bekommen. Ähnlich sieht es bei PVC aus. Hier gibt es Untersuchungen, wo die Forschenden selbst eine PVC-Flasche zerkleinert haben. Dann entsteht allerdings das Problem, dass es sich nicht mehr um reines PVC handelt, sondern auch Zusatzstoffe wie Weichmacher enthalten sind. Diese Zusatzstoffe können das Verhalten der Nanopartikel verändern. Wir wollen zunächst aber verstehen, welche Effekte von den Plastikpartikeln selbst ausgehen.
Wäre es nicht sinnvoller, direkt mit wirklichkeitsnahem, also verunreinigtem Plastik zu forschen?
Baufeld: Beides macht Sinn und wird am Ende auch notwendig sein. Zunächst müssen wir aber mit reinem Plastik arbeiten. Außerhalb des Labors lagern sich an Plastikpartikel verschiedenste Stoffe an, nicht nur Weichmacher. Zum Beispiel können sich Bakterien oder Chemikalien daran binden.
Wenn wir später belastbare Aussagen darüber treffen wollen, welche Auswirkungen konkret auf das jeweilige Plastikpolymer zurückzuführen sind, müssen wir diese Effekte am Anfang der Forschung klar voneinander trennen.
Ihre Untersuchungen finden im Labor und nicht direkt im Stall statt. Wie genau läuft das ab?
Baufeld: Wie gesagt, die Problematik ist in der realen Welt schon nachgewiesen. Unsere Aufgabe ist es jetzt, unter kontrollierten Laborbedingungen genauer zu untersuchen, wie sich Nanoplastik in Zellen ablagert und welche Auswirkungen das hat.
Dafür versetzen wir Zellkulturen in Petrischalen mit Plastik-Nanopartikeln und beobachten anschließend, was passiert. In einer Testreihe verwenden wir jeweils dieselbe Partikelgröße, variieren aber zum Teil die Konzentration. Die Partikel werden zuvor fluoreszenzmarkiert, weil wir sie sonst selbst unter dem Mikroskop nicht erkennen könnten.
Im Mittelpunkt unserer Untersuchungen stehen sogenannte Granulosazellen aus weiblichen Rindern. Diese Zellen umgeben die Eizellen und versorgen sie während des gesamten Reifungsprozesses mit Nährstoffen und Sexualhormonen. Sie sind deshalb essenziell für die Fortpflanzung. Gleichzeitig können wir diese Zellen im Labor nicht nur kultivieren, sondern auch ihre Funktionen wie die Hormonproduktion aufrechterhalten.
Nachdem wir die Nanopartikel hinzugegeben haben, beobachten wir die Zellen über mehrere Tage hinweg. Wir untersuchen zum Beispiel, ob sich die Partikel tatsächlich in den Zellen einlagern oder lediglich im Nährmedium verbleiben. Außerdem analysieren wir mögliche Auswirkungen auf die Hormonproduktion. Unsere Arbeitsgruppe kennt die verschiedenen Reifungsstadien der Granulosazellen sehr genau und weiß, welche Gene dabei jeweils eine wichtige Rolle spielen. Wenn wir Veränderungen in der Zellentwicklung feststellen, können wir deshalb gezielt untersuchen, wie Nanoplastik auf diese Gene wirkt.
Haben Sie auch andere Zellen untersucht, vielleicht von anderen Tierarten?
Baufeld: Ja, gemeinsam mit einer Kollegin Dr. Claudia Kalbe (FBN) haben wir uns zusätzlich Muskelzellen von Schweinen angeschaut. Sie hat dafür die entsprechende Expertise mit eingebracht.
Warum haben Sie sich ausgerechnet für diese beiden Zellarten entschieden?
Baufeld: Die Wahl fiel auf Granulosazellen, weil ich aus der Reproduktionsbiologie komme und die Auswirkungen dort direkt einschätzen kann. Wenn wir die generelle Gesundheit einer Rinderherde im Blick haben, sind diese Zellen zudem ein sinnvoller Startpunkt für solche Untersuchungen.
Die Muskelzellen haben wir zusätzlich wegen des Themas Fleischqualität untersucht, das natürlich auch für Konsumentinnen und Konsumenten relevant ist.
Aber woher wissen wir eigentlich, dass der Schaden durch Nanoplastik für Gesundheit von Tieren und Menschen wirklich so groß ist?
Baufeld: Die Frage klingt zunächst ketzerisch, ist aber durchaus berechtigt. Die kurze Antwort lautet: Genau das erforschen wir derzeit erst. Im besten Fall stellt sich heraus, dass der Schaden gar nicht so groß ist.
Grundsätzlich zerfällt Plastik allerdings immer weiter in kleinere Bestandteile. Irgendwann könnte ein Schwellenwert erreicht sein, ab dem diese Partikel sogar Prozesse auf Zellebene stören. Die entscheidende Frage ist deshalb: Wo liegt dieser Schwellenwert überhaupt und erreichen wir ihn im Laufe unseres Lebens?
Trotz dieser Unsicherheiten würde ich beim Thema Nanoplastik eher zu Vorsicht als zu Nachsicht raten.
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Hinweis zum Beitrag:
Bei der Erstellung dieses Beitrags kamen KI-Tools für Transkription, Textredaktion und Lektorat zum Einsatz. Die inhaltliche Redaktion erfolgte ausschließlich durch querFELDein, sowie die beteiligten Forscherinnen bzw. Forscher der Partnerinstitute.
