Aufnahme von Kunststoffpartikeln in Zellen Mikroplastik im Tarnkleid entert Zellen leichter

Mikroplastik ist längst in die globalen Nahrungsnetze eingedrungen. Die möglichen gesundheitlichen Gefahren für Tiere und Menschen müssen aber noch weiter erforscht werden. Dazu haben nun Wissenschaftler der Universität Bayreuth untersucht, wie Kunststoffteilchen in Zellen eindringen. Die Beschichtung mit einer Art Tarnkleid aus Biomolekülen scheint den Partikeln das Passieren der Zellmembran zu erleichtern.

Bayreuth – Mikroplastik ist ein Fremdstoff für den Körper und hat dort eigentlich nichts zu suchen. Doch durch die zunehmende Verschmutzung der Ozeane mit Kunststoffabfall steigt das Risiko, dass Mikroplastik über die Nahrung in den Verdauungstrakt – auch des Menschen – gelangt. Wie gut es von dort in Körperzellen eindringen kann, hängt nicht nur von der Größe der Partikel ab, sondern auch von deren Oberflächenbeschaffenheit.

An der Universität Bayreuth haben Forscher nun untersucht, wie verschiedene Umweltbedingungen die Aufnahme von Mikroplastik in Zellen beeinflussen. Dazu legten die Forscher Mikroplastik-Partikel mit einem Durchmesser von rund drei Mikrometern in Wasser aus zwei Quellen ein: Süßwasser aus einem künstlichen Teich und Salzwasser aus einem Meeresaquarium. Innerhalb von zwei Wochen hatten sich auf den Oberflächen dieser Partikel reichlich Biomoleküle abgelagert, die die Wissenschaftler analysierten.

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„Spektroskopische Untersuchungen deuten darauf hin, dass es sich bei den Biomolekülen um Kohlenhydrate, Aminosäuren, Nukleinsäuren und Proteine handelt. Wir sprechen hierbei von einer ‚Eco-Corona‘, die sich auf den Mikroplastik-Teilchen in einer natürlichen Umwelt bildet“, erklärt Anja Ramsperger, Erstautorin der neuen Studie. Das Forschungsteam hat die mit Biomolekülen beschichteten Mikroplastik-Partikel anschließend darauf hin untersucht, wie sie mit lebenden Zellen wechselwirken. Hierfür wurden Zellen von Mäusen verwendet, die aus einer in der Forschung etablierten Zell-Linie stammen.

Mikroskop zeigt eingedrungene Partikel

Um zu unterscheiden, ob die Partikel tatsächlich ins Innere der Zellen gelangen oder nur äußerlich an ihnen haften, färbten die Wissenschaftler einen wichtigen Bestandteil des Zellinneren an, die so genannten Aktinfilamente. Auf den so entstandenen Mikroskopie-Aufnahmen waren die von den Zellen aufgenommenen Partikel als „dunkle Löcher“ zu erkennen.

Verschmutzte Tiefsee

Mikroplastik in 8250 Metern Tiefe

„Die Fluoreszenz-Markierung der Aktinfilamente hat es uns ermöglicht, genau zu erkennen, welche Partikel von den Zellen aufgenommen wurden. Aufgrund spektroskopischer Verfahren konnten wir sicher sein, dass es sich bei diesen Teilchen tatsächlich um Mikroplastik handelte – genauer gesagt: um Polystyrol-Partikel –und nicht etwa um zufällige Verunreinigungen“, sagt Prof. Dr. Holger Kress, Professor für Biologische Physik an der Universität Bayreuth. Als Kontrollgruppe in diesem Experiment dienten Mikroplastik-Partikel, die sich in sterilem Wasser befunden hatten und daher keine Beschichtung mit einer Eco-Corona aufwiesen. Es zeigte sich, dass diese unbehandelten Mikroplastik-Teilchen nur vereinzelt von den Zellen aufgenommen wurden.

Molekülhülle als Schleuser für Mikroplastik

Dem Forscherteam zufolge bekräftigen die Studienergebnisse die Annahme, dass Mikroplastik aus der Umwelt nicht nur den Verdauungstrakt passiert, wenn es mit der Nahrung aufgenommen wird, sondern auch in das Gewebe übergehen kann. Und das funktioniert offenbar gerade wegen der Schicht aus Biomolekülen auf der Partikeloberfläche besser als bei den „blanken“ Kunststoffpartikeln.

„Die Hülle aus Biomolekülen fungiert möglicherweise als eine Art Trojanisches Pferd, das Kunststoffe in lebende Zellen einschleust“, sagt Prof. Dr. Christian Laforsch, Sprecher des Sonderforschungsbereichs „Mikroplastik“ an der Universität Bayreuth und Inhaber des Lehrstuhls Tierökologie I. „Welche Schäden die Partikel hier im Einzelnen anrichten können, ist bisher nur unzureichend untersucht. Ebenso ist noch weitgehend ungeklärt, welche Eigenschaften von Mikroplastik tatsächlich für negative Effekte verantwortlich sind.“ Diesen Fragen werden die Forscher der Universität Bayreuth auch in Zukunft mit weiteren Projekten nachgehen.

Originalpublkattion: A. F. R. M. Ramsperger, V. K. B. Narayana, W. Gross, J. Mohanraj, M. Thelakkat, A. Greiner, H. Schmalz, H. Kress, C. Laforsch: Environmental exposure enhances the internalization of microplastic particles into cells, Science Advances, 09 Dec 2020: Vol. 6, no. 50, DOI: 10.1126/sciadv.abd1211

* C. Wißler, Universität Bayreuth, 95447 Bayreuth

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