Mikroplastik – winzige Partikel, die bei der Verwitterung und Fragmentierung von Kunststoffen entstehen – stellt eine wachsende Bedrohung für das Ökosystem und die menschliche Gesundheit dar. Eine neue Laborstudie zeigt, dass diese Bedrohungen über direkte physikalische oder chemische Auswirkungen hinausgehen, und zeigt, dass das Vorhandensein von Mikroplastik die Schwere einer wichtigen viralen Fischkrankheit erhöht.
Der Hauptautor der Studie, veröffentlicht in Wissenschaft der gesamten Umwelt, ist Dr. Meredith Evans Seeley, die die Forschung im Rahmen ihres Ph.D. Programm am Virginia Institute of Marine Science von William & Mary. Als Co-Autoren gesellten sich zu ihr die VIMS-Professoren Rob Hale, Andrew Wargo und Wolfgang Vogelbein; W&M-Professorin Patty Zwollo; und VIMS-Labortechniker Gaelan Verry.
„Mikroplastik und Krankheitserreger sind überall“, sagt Seeley, „aber sie sind in dicht besiedelten aquatischen Umgebungen wie Fischfarmen oft in höchsten Konzentrationen vorhanden. Wir wollten untersuchen, ob Mikroplastik die Schwere von IHNV-Infektionen in der Aquakultur beeinflussen könnte.“ IHNV ist ein virulenter Krankheitserreger in der Salmoniden-Aquakultur, der Mitglieder der Lachsfamilie befällt, darunter Regenbogenforelle, Stahlkopfforelle, Chinook-Lachs und Rotlachs.
Das Team wollte feststellen, ob zwischen Mikroplastik, Viren und Fischsterben eine „Ursache und Wirkung“ bestehen könnte. Seeley und Kollegen setzten daher im Aquarium gehaltene Regenbogenforellen niedrigen, mittleren und hohen Konzentrationen von drei verschiedenen Arten von Mikropartikeln aus und fügten dann der Hälfte der Becken das IHN-Virus hinzu.
Sie wählten Kunststoffe, die sowohl in der Aquakultur weit verbreitet sind als auch häufig als Abbauprodukte in der Natur vorkommen: Polystyrolschaum (häufig in Schwimmern, Bojen, Hausisolierungen und Lebensmittelbehältern); und Nylonfasern (verloren aus Fischernetzen, Angelschnüren und Kleidung). Sie setzten auch infizierte und gesunde Fische winzigen Fragmenten des Gewöhnlichen Salzwiesen-Schnorchelgrases (Spartina alterniflora) aus. Kontrolltanks enthielten keine Viren oder Mikropartikel.
Ihre Ergebnisse? „Wir haben festgestellt, dass die gleichzeitige Exposition gegenüber Mikroplastik und Viren die Schwere der Krankheit erhöht“, sagt Seeley, „wobei Nylonfasern die größten Auswirkungen haben. Dies ist das erste Mal, dass diese Wechselwirkung dokumentiert wurde, und betont, wie wichtig es ist, mehrere Stressoren zu testen ökologisch realistischer.“
Dr. Rob Hale, ein Umweltchemiker und Seeleys Doktorvater am VIMS, stimmt zu. „Unsere Ergebnisse“, sagt er, „zeigen, dass wir die Toxizität von Mikroplastik nicht nur allein, sondern in Kombination mit anderen Umweltstressoren berücksichtigen müssen.“
Dr. Andrew Wargo, ein Experte für die Ökologie von Infektionskrankheiten, stellt fest, dass IHNV ein weltweites Problem ist. „Es hat seinen Ursprung im pazifischen Nordwesten, wo es weiterhin große Probleme sowohl für die Salmoniden-Aquakultur als auch für den Naturschutz verursacht. Unsere Studie zeigt, dass es eine Wechselwirkung zwischen Mikroplastik und IHNV gibt. Was wir noch nicht wissen, ist, wie sich diese Wechselwirkung in der Aquakultur auswirkt oder wilde Umgebungen, die letztendlich von der Menge an Plastikverschmutzung und IHNV in einem bestimmten Gebiet abhängen.
Nicht alle Mikropartikel sind gleich
Basierend auf ihren Laborergebnissen vermuten die Forscher, dass die Exposition gegenüber Mikropartikeln die Schwere der Krankheit erhöht, indem sie das empfindliche Gewebe der Kiemen und der Darmschleimhaut physisch schädigt, wodurch es dem Virus erleichtert wird, seinen Wirt zu besiedeln.
Die Exposition gegenüber synthetischem Mikroplastik – Nylon und Polystyrol – hatte größere Auswirkungen als natürliche Mikropartikel aus Spartina. Am wirkungsvollsten war die Exposition gegenüber den aus Nylon gewonnenen Mikrofasern. Die Forscher vermuten, dass dies an ihrer größeren Größe, verlängerten Länge oder der größeren Härte des Kunststoffs im Vergleich zu Pflanzenmaterial liegt.
„Nylon-Mikrofasern sind größer und können eher darin eingeschlossen werden und das empfindliche Gewebe der Kiemen und der Darmschleimhaut beschädigen“, sagt Seeley. „Das könnte es dem Virus erleichtern, in den Wirt einzudringen und ihn zu belasten, was letztendlich die Virulenz der Krankheit erhöht.“
Breitere Implikationen
Die Arbeit des Teams hat weit über die Fischzucht hinaus wichtige Auswirkungen. „Unsere Forschungsfrage ist in der Aquakultur sehr relevant“, sagt Seeley, „aber sie ist auch auf natürliche Umgebungen anwendbar. Mikroplastik ist weltweit verbreitet, sodass es jederzeit mit einer Vielzahl natürlicher Krankheitserreger zusammen vorkommen kann.“
„Krankheiten und Mikroplastik können interagieren und zu schlechteren Ergebnissen in einer Reihe von aquatischen und terrestrischen Systemen führen“, sagt Hale, „einschließlich bei Wildfischen, Korallen und Vögeln. Wenn Sie nur Mikroplastik allein testen, sehen Sie möglicherweise keine Auswirkungen und nennen es a Tag, aber in der realen Welt können diese Mikroplastiken mit Krankheitserregern, steigenden Temperaturen, sinkendem pH-Wert, zunehmender Wassertrübung und anderen Variablen interagieren.“
Seeley sagt, dass die Ergebnisse des Teams auch für die menschliche Gesundheit relevant sein könnten. „Innenräume sind voll von Mikroplastik – zum Beispiel im Hausstaub“, sagt sie. „Daher fragen wir uns, wie Schadstoffe aus Mikroplastik in Innenräumen das Fortschreiten von durch die Luft übertragenen Krankheiten wie COVID-19 beeinflussen können.“
Mehr Informationen:
Meredith Evans Seeley et al, Mikroplastik verschlimmert die Virus-vermittelte Sterblichkeit bei Fischen, Wissenschaft der gesamten Umwelt (2022). DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.161191