Chemikalien im Trinkwasser

Durch Arzneimit­tel, Pes­tizide oder Kos­meti­ka gelangt eine Vielzahl von Chemikalien in den Wasserkreis­lauf und unser Trinkwass­er. Die Wirkung dieser Stoffe auf Men­sch, Tier und Umwelt ist bei vie­len dieser Stoffe noch nicht voll­ständig unter­sucht. Das vom Umwelt­bun­de­samt koor­dinierte Ver­bund­pro­jekt „Neu­robox“ soll das ändern: Ziel ist es, Wasserver­sorg­ern und Behör­den eine Test­bat­terie zur Ver­fü­gung zu stellen, mit der so genan­nte neu­ro­tox­is­che Sub­stanzen erkan­nt und bew­ertet wer­den können.

An der Hochschule Darm­stadt (h_da) unter­sucht Dr. Petra Wald­mann vom Fach­bere­ich Chemie- und Biotech­nolo­gie in einem Teil­pro­jekt von Neu­robox auf zel­lulär­er Ebene poten­zielle Auswirkun­gen hor­monell wirk­samer Stoffe auf die Zell-Entwick­lung (Dif­feren­zierung) und das Ner­ven­sys­tem. Die Forschung wird vom Bun­desmin­is­teri­um für Bil­dung und Forschung (BMBF) gefördert. Bis zum Jahr 2020 sollen Ergeb­nisse vorliegen.

Neu­ro­tox­is­che Stoffe schädi­gen das Ner­ven­sys­tem. Manche Stoffe wie einige Phtha­late (Weich­mach­er), Pes­tizide und Alkylphe­nole haben neben ein­er hor­monar­ti­gen auch eine neu­ro­tox­is­che Wirkung und wur­den in Stu­di­en wieder­holt mit Entwick­lungsverzögerun­gen bei Kindern, Autismus, Aufmerk­samkeits­de­fiz­it­syn­drom, ver­min­dert­er Repro­duk­tions­fähigkeit und weit­eren neg­a­tiv­en Effek­ten in Verbindung gebracht. Deshalb sind in der EU bere­its mehrere dieser Sub­stanzen in vie­len Anwen­dun­gen ver­boten. Im Rah­men eines Vorgänger­pro­jek­ts haben die beteiligten Wis­senschaft­lerin­nen und Wis­senschaftler bere­its eine Test­bat­terie entwick­elt. Speziell für den Bere­ich der neu­ro­tox­is­chen Stoffe zeigte sich jedoch der Bedarf an weit­er­er Forschung. „Wasserver­sorg­er find­en immer mehr Stoffe im Wass­er, die sie schlecht ein­schätzen kön­nen“, sagt Dr. Petra Wald­mann, Toxikolo­gin am Fach­bere­ich Chemie- und Biotech­nolo­gie der h_da. Das Ver­bund­pro­jekt Neu­robox hat zum Ziel, für Wasserver­sorg­er und Behör­den eine Bat­terie von Tests zu entwick­eln, mit denen sie Spuren­stoffe im Wasserkreis­lauf bew­erten können.

Das Team der Hochschule Darm­stadt unter­sucht hor­monell wirk­same Stoffe auf eine schädliche Wirkung auf embry­onale Stam­mzellen. Daraus kann abgeleit­et wer­den, wie schädlich diese Stoffe für Embryos und die Entwick­lung von Ner­ven­zellen sind. Diese Sim­u­la­tion auf zel­lulär­er Ebene hat den Vorteil, dass auf Tierver­suche verzichtet wer­den kann. Die ver­wen­de­ten Stam­mzellen sind pluripo­tent, das heißt, anders als omnipo­tente Stam­mzellen kön­nen sie sich nicht zu einem ganzen Organ­is­mus entwick­eln. „Aus embry­onalen Stam­mzellen von Mäusen gewin­nen wir schla­gende Herz­muskelzellen“, sagt Dr. Wald­mann. Mäus­es­tam­mzellen lagern sich in Kul­tur zu soge­nan­nten „embry­onalen Kör­perchen“ (embry­oid bod­ies) zusam­men. Dabei nehmen diese Kör­perchen eine tropfenähn­liche oder kugelige Form an und reka­pit­ulieren in einem begren­zten Maße die frühe embry­onale Entwick­lung eines Organ­is­mus. Die Wis­senschaft­lerin­nen und Wis­senschaftler geben diese Kör­perchen auf Zel­lkul­tur­plat­ten. Die Zellen der Kör­perchen wach­sen dort am Boden fest und dif­feren­zieren aus, das heißt, sie wach­sen zum Teil zu Herz­muskelzellen her­an. „Die Mäus­es­tam­mzellen set­zen wir, während sie embry­onale Kör­perchen aus­bilden, der zu tes­ten­den Sub­stanz aus, um festzustellen, ob sie embry­otox­isch wirkt.“

Eine tox­is­che Wirkung wird unter dem Mikroskop sicht­bar: Nur noch wenige der Kör­perchen bilden schla­gende Herz­muskelzellen aus. Mäus­es­tam­mzellen kön­nen unter bes­timmten Kul­turbe­din­gun­gen auch zur Bil­dung von Ner­ven­zellen angeregt wer­den. Unter Zugabe ein­er Test­sub­stanz kann ermit­telt wer­den, ob diese Sub­stanz schädlich auf die Bil­dung von Ner­ven­zellen und Net­zw­erken aus Ner­ven­zellen wirkt. „Chemikalien wer­den in der Regel nur im Nano- oder Mikro­gramm-Bere­ich im Wass­er gefun­den, also in kle­in­sten Men­gen“, sagt Wald­mann, „aber sind sie im Trinkwass­er, wer­den sie oft auch ein Leben lang vom Men­schen aufgenom­men“. Daher müsse unter­sucht wer­den, ob diese Sub­stanzen schädlich für Men­sch und Umwelt seien.