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21.02.2018 10:36

Neue IOW-Studie: Birgt Mikroplastik zusätzliche Gefahren durch Besiedlung
mit schädlichen Bakterien?

Dr. Kristin Beck Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde

Die alarmierende Allgegenwart von Mikroplastik in Flüssen, Seen und Ozeanen
steht zunehmend im Fokus der Forschung. Bislang gab es aber keine
gesicherten Erkenntnisse, ob Mikroplastik in Wasserökosystemen die
Entstehung spezieller Bakteriengemeinschaften oder gar die Ausbreitung von
Krankheitserregern fördert. Mit diesem Thema hat sich das Projekt MikrOMIK*
unter Federführung des IOW befasst. In einer neuen Studie im Rahmen des
Projektes wurde nun erstmals systematisch untersucht, ob sich bakterielle
Biofilme auf Mikroplastik von denen auf natürlichen Materialien
unterscheiden und welchen Einfluss verschiedene Umweltfaktoren dabei haben -
etwa Salzgehalt oder Nährstoffe im umgebenden Wasser.

Mikroplastik - Kunststoffteilchen kleiner als 5 Millimeter - kann
mittlerweile überall in der Umwelt nachgewiesen werden. In Meeren und
Flüssen werden viele 100.000 Teilchen pro Quadratkilometer gefunden, und das
nicht nur in der Nachbarschaft zu Zivilisationshotspots, wie etwa im
Nordatlantik vor New York oder im Mündungsbereich des Rheins mit seinen
insgesamt rund 60 Mio. Einwohnern im Einzugsgebiet. Auch fernab jeder
menschlichen Besiedlung im arktischen Eis, den Sedimenten der Tiefsee oder
mitten im Pazifik findet sich der Minimüll in riesigen Mengen. Nicht nur
seine Allgegenwart hat die Wissenschaft alarmiert, sondern auch erste
Befunde über die Schädlichkeit der Partikel, die Umweltgifte an ihrer
Oberfläche anreichern und Tiere schädigen können, die Mikroplastik mit der
Nahrung aufnehmen.

„Obwohl sich die Forschung seit fast 15 Jahren verstärkt mit dem Phänomen
der Mikroplastikanreicherung in den Meeren beschäftigt, ist erstaunlich
wenig darüber bekannt, welchen Einfluss die Teilchen auf Ökosysteme haben
und welches Schadpotenzial tatsächlich von ihnen ausgeht“, sagt Mikrobiologe
Matthias Labrenz vom Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW)
und Leiter des Projekts MikrOMIK*, das sich über drei Jahre intensiv mit der
Rolle von Mikroplastik in der Ostsee und seiner Interaktion mit
verschiedenen Organismen befasst hat. Von besonderem Interesse war, welche
Mikroorganismen sich auf Mikroplastik ansiedeln. Denn die im Wasser
treibenden Partikel bieten trotz ihrer geringen Größe eine feste Oberfläche,
auf der sich wie bei natürlichen Treibseln dichte Biofilme bilden können.
„Zum einen beschäftigt uns die Frage, ob es Bakterien gibt, die sich auf die
Besiedlung von Plastik spezialisiert haben. Zum anderen gab es beunruhigende
Einzelbeobachtungen, die darauf hindeuteten, dass sich
gesundheitsbedrohliche Keime wie etwa Wundbrand verursachende Vibrionen auf
Mikroplastik anreichern könnten“, sagt Labrenz. Solche Krankheitserreger
gehören zur normalen Bakterienflora im Meer. Verdünnt im freien Wasser seien
sie meist unproblematisch. „Eine Anreicherung als Biofilm auf Mikroplastik
könnte sie deutlich gefährlicher machen, da die Plastikpartikel schneller
und weiter verdriftet werden als einzelne Bakterienzellen, was eine
Ausbreitung der Pathogene fördern und damit die Gefahren durch Mikroplastik
für den Menschen erhöhen würden“, so der IOW-Forscher.

Um zu klären, ob sich Biofilme auf Kunststoff überhaupt von solchen auf
natürlichem Material unterscheiden und welche Umweltfaktoren sich auf ihre
Zusammensetzung auswirken, setzte Sonja Oberbeckmann, ebenfalls
IOW-Wissenschaftlerin und Autorin der kürzlich im Rahmen von MikrOMIK*
publizierten neuen Studie, Pellets aus Plastik und Holz in einem Feldversuch
verschiedenen Umweltbedingungen aus. Diese deckten einen Gradienten von
einer nährstoffarmen, salzigen Meeresumwelt in der Ostsee über zunehmenden
Süßwassereinfluss in der Warnow-Mündung bis hin zu nährstoffreichen
Süßwasserbedingungen in der Unterwarnow und in einem Klärwerk ab. Die auf
den Pellets neu entstehenden Biofilme wurden nach zweiwöchiger Inkubation im
Freiland genetisch charakterisiert, um ihre Zusammensetzung vergleichen zu
können.

„Eine gute Nachricht vorweg: Wir haben zwar Vibrionen in unseren Proben
gefunden, allerdings haben sie sich nicht auf Plastik angereichert. Im
Gegenteil: Wir konnten sogar zeigen, dass sie dort im Vergleich zu
natürlichen Partikeln in geringeren Anzahlen vorkommen“, kommentiert
Projektleiter Matthias Labrenz die Ergebnisse. „Dies passt zu Ergebnissen
vorangegangener MikrOMIK*-Studien. Die haben untersucht, ob Miesmuscheln und
Wattwürmer, beides Organismen, die im Meer häufig und als natürliche
Vibrionen-Träger bekannt sind, Mikroplastikpartikel in ihrem Verdauungstrakt
mit Vibrionen anreichern. Dies war nicht der Fall“, so Labrenz weiter.

„Ein anderer Befund unserer aktuellen Freiland-Studie in Warnow und Ostsee
verdient allerdings besondere Aufmerksamkeit“ fügt Sonja Oberbeckmann hinzu.
„Im Klärwerk hat sich die Bakteriengattung 'Sphingopyxis' verstärkt auf
Plastik angesiedelt, die häufig Antibiotika-Resistenz ausbildet.
Mikroplastik-Partikel sind also möglicherweise Hotspots für die Weitergabe
von solch potenziell gefährlichen Resistenzen. In welchem Umfang dies
geschieht und ob diese Prozesse ein Umweltrisiko darstellen, dazu haben wir
gerade neue Untersuchungen gestartet“, so die Mikrobiologin. Das
Forscherteam konnte auch andere Bakterien identifizieren, die sich
vermutlich auf die Besiedlung von Plastik spezialisiert haben. „Interessant
sind beispielsweise die Vertreter der Gattung 'Erythrobacter', denn sie
können giftige polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe abbauen, die
sich durch menschliche Aktivitäten weltweit in der Umwelt finden und die
sich aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften verstärkt an Mikroplastik
anlagern“, erläutert Oberbeckmann.

Ob sich auf Mikroplastik spezielle Bakteriengemeinschaften entwickeln oder
nicht, hängt aber im Wesentlichen von den jeweiligen Umweltbedingungen ab.
An den nährstoffreichen Stationen des Freilandexperiments habe man in den
Biofilmen - egal ob auf Holz oder Kunststoff - viele der „üblichen
Verdächtigen“ gefunden, die eine sesshafte Lebensweise auf Partikeln
gegenüber dem Leben im Freiwasser bevorzugen, so Sonja Oberbeckmann. An
vergleichsweise nährstoffarmen Stationen dagegen bildeten sich auf
Mikroplastik Bakteriengemeinschaften, die sich von den natürlichen
Gemeinschaften deutlich unterschieden. Ein endgültiges Fazit, ob
Mikroplastik zusätzliche Gefahren durch die Besiedlung mit Bakterien birgt,
können beide IOW-Forscher nicht ziehen. „Unsere Ergebnisse deuten aber
darauf hin, dass Plastikverschmutzung in nährstoffarmer Umgebung eine
weitaus höhere ökologische Relevanz hat, als bisher vermutet. Denn dort wird
tatsächlich die Entstehung spezieller Plastik-Bakterienpopulationen
gefördert. Dies gilt insbesondere für die Plastikakkumulationsgebiete im
Meer wie beispielsweise die riesigen Plastikstrudel im Atlantik“, so Sonja
Oberbeckmann und Matthias Labrenz abschließend.

#Wichtige Originalpublikationen im Rahmen von MikrOMIK*
(*kurz für „Die Rolle von Mikroplastik als Träger mikrobieller Populationen
im Ökosystem Ostsee“, mehr unter
http://www.io-warnemuende.de/mikromik-home.html):

- Oberbeckmann, S., Kreikemeyer, B., Labrenz, M. (2018): „Environmental
Factors Support the Formation of Specific Bacterial Assemblages on
Microplastics“, Frontiers in Microbiology 8:2709,
http://doi.org/10.3389/fmicb.2017.02709

- Kesy, K., Hentzsch, A., Klaeger, F., Oberbeckmann, S., Mothes, S.,
Labrenz, M. (2017): „Fate and stability of polyamide-associated bacterial
assemblages after their passage through the digestive tract of the blue
mussel Mytilus edulis“, Marine Pollution Bulletin 125, 132-138

- Kesy, K., Oberbeckmann, S., Müller, F., Labrenz, M. (2016): „Polystyrene
influences bacterial assemblages in Arenicola marina-populated aquatic
environments in vitro“, Environmental Pollution 219, 219-227

#Fragen zur Studie beantworten:
Dr. Sonja Oberbeckmann | 0381 5197 3464 |
sonja.oberbeckm...@io-warnemuende.de
PD Dr. Matthias Labrenz | 0381 5197 378 | matthias.labr...@io-warnemuende.de

#Kontakt Presse- & Öffentlichkeitsarbeit:
Dr. Kristin Beck | Tel.: 0381 - 5197 135 | kristin.b...@io-warnemuende.de
Dr. Barbara Hentzsch | Tel.: 0381 5197-102 |
barbara.hentz...@io-warnemuende.de




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