Könnte Mikroplastik im Boden arzneimittelresistente Superbakterien in die Nahrungsversorgung einschleusen?

Wie jede Industrie ist auch die moderne Landwirtschaft stark auf Kunststoffe angewiesen. Denken Sie an Plastikmulch, der Gemüsebeete auskleidet, PVC-Rohre, die das Wasser von Feldern ableiten, Polyethylen, das hohe Tunnel abdeckt, und Plastikverpackungen für Saatgut, Düngemittel und Herbizide, um nur einige zu nennen. In einem neuen Übersichtsartikel sagen Forscher der University of Illinois Urbana-Champaign, dass diese Kunststoffe mittlerweile in Form von Mikroplastik und Nanoplastik in landwirtschaftlichen Böden weit verbreitet sind.

Das ist nicht unbedingt neu; Mikroplastik wurde in nahezu jedem Ökosystem und Organismus auf der Erde gefunden. Laut Forschern des College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences (ACES) besteht die Wendung darin, dass Mikro- und Nanoplastik in landwirtschaftlichen Böden dazu beitragen könnte, dass antibiotikaresistente Bakterien leicht in unsere Lebensmittelversorgung gelangen.

„Kunststoff selbst ist möglicherweise nicht sehr giftig, kann aber als Vektor für die Übertragung pathogener und antimikrobiell resistenter Bakterien in die Nahrungskette fungieren“, sagte Studienautor Jayashree Nath, Postdoktorand in der Abteilung für Lebensmittelwissenschaft und menschliche Ernährung bei ACES. „Dieses Phänomen ist den Menschen nicht sehr bekannt, deshalb wollten wir das Bewusstsein schärfen.“

Wenn der Zusammenhang zwischen Mikroplastik und Antibiotikaresistenz nicht offensichtlich ist, erfahren Sie hier, wie er funktioniert. Erstens sind Kunststoffe ein ausgezeichnetes Adsorptionsmittel. Das bedeutet, dass sich chemische Substanzen und mikroskopisch kleine Organismen gerne an Kunststoff festsetzen.

Chemikalien, die sich normalerweise schnell durch den Boden bewegen würden – beispielsweise Pestizide und Schwermetalle – bleiben stattdessen bestehen und werden konzentriert, wenn sie auf Kunststoffe treffen. Ebenso sammeln sich Bakterien und andere Mikroorganismen, die natürlicherweise im Boden vorkommen, bevorzugt auf den stabilen Oberflächen von Mikroplastik und bilden sogenannte Biofilme.

Wenn Bakterien in ihrer neuen Heimat auf ungewöhnliche chemische Substanzen stoßen, aktivieren sie Stressreaktionsgene, die ihnen nebenbei dabei helfen, auch anderen Chemikalien, manchmal auch Antibiotika, zu widerstehen. Und wenn sich Gruppen von Bakterien an derselben Oberfläche festsetzen, haben sie die Angewohnheit, diese Gene durch einen Prozess namens horizontalen Gentransfer zu teilen. Nanoplastik, das in Bakterienzellen eindringen kann, stellt eine andere Art von Stress dar, aber dieser Stress kann die gleichen Folgen haben.

„Bakterien haben seit Millionen von Jahren genetische Mechanismen entwickelt, um mit Stress umzugehen. Kunststoff ist ein neues Material, das Bakterien in der Natur noch nie gesehen haben, deshalb rufen sie jetzt diese genetischen Werkzeugsätze hervor, um mit diesem Stress umzugehen“, sagte Co-Autor Pratik Banerjee , außerordentlicher Professor für FSHN und Illinois Extension-Spezialist. „Wir haben auch gezeigt, dass Bakterien in Gegenwart von Kunststoffen virulenter werden und außerdem resistenter gegen antimikrobielle Mittel werden.“

Der Gentransfer zwischen Bakterien auf Mikroplastik wurde auch in anderen Umgebungen, insbesondere im Wasser, dokumentiert. Bisher ist das Phänomen bei landwirtschaftlich genutzten Böden nur hypothetisch, aber das bedeutet nicht, dass es nicht auftritt. Nath und Banerjee führen derzeit Laborstudien durch, um den Gentransfer zu dokumentieren. Die Studie „Wechselwirkung von Mikroben mit Mikroplastik und Nanoplastik in Agrarökosystemen – Auswirkungen auf die antimikrobielle Resistenz“ wurde in veröffentlicht Krankheitserreger.

„Der Boden ist in diesem Bereich ein wenig erforschtes Gebiet“, sagte Banerjee. „Wir haben die Pflicht zu verstehen, was im Boden vor sich geht, denn wir vermuten und befürchten, dass die Situation im Boden noch schlimmer sein könnte als im Wasser.“

„Eines der technischen Probleme besteht darin, dass der Boden ein sehr schwierig zu handhabendes Medium ist, wenn es darum geht, Mikroplastik herauszufischen. Wasser ist so einfach, weil man das Mikroplastik einfach herausfiltern kann“, fügte Banerjee hinzu. „Aber dank Jayashree und unserer Zusammenarbeit mit dem Illinois Sustainable Technology Center haben wir gute Fortschritte gemacht.“

Die Autoren weisen darauf hin, dass viele durch Lebensmittel übertragene Krankheitserreger von ihrem natürlichen Lebensraum im Boden auf Produkte gelangen, Nanoplastik und antibiotikaresistente Bakterien jedoch klein genug sein könnten, um in Wurzeln und Pflanzengewebe einzudringen – wo sie nicht weggewaschen werden können. Obwohl Nanoplastik in und auf Nutzpflanzen dokumentiert wurde, ist das Forschungsgebiet noch neu und es ist nicht genau bekannt, wie oft dies vorkommt. Banerjees Forschungsgruppe will sich auch dieser Frage widmen.

Letztendlich wird Mikroplastik bleiben. Schließlich verbleiben sie über Jahrhunderte oder länger in der Umwelt. Die Autoren sagen, es sei an der Zeit, ihre Auswirkungen auf den Boden und unser Nahrungsmittelsystem zu verstehen, das Bewusstsein zu schärfen und auf biologisch abbaubare Plastikalternativen zu drängen.

Zu den Autoren gehören Jayashree Nath, Jayita De, Shantanu Sur und Pratik Banerjee.