Ruß von Emissionen kann die Resistenz von Bakterien gegenüber Antibiotika stärken

Multi-resistente Staphylococcus aureus (gelb). Bild: NIAD

Luftverschmutzung scheint immer mehr Gesundheitsrisiken mit sich zu bringen, Feinstaub und Ruß erhöhen Anzahl der Brüche wegen abnehmender Knochendichte, auch auf Spermien wirkt sich Feinstaubbelastung aus

Die Luftverschmutzung durch Emissionen der Fahrzeuge, Heizungen, Industrie und Energieerzeugung (Schwefeldioxid, Stickoxide, Feinstaubpartikel) trägt bekanntlich nicht nur zur Klimaerwärmung bei, sondern verursacht viele Gesundheitsschäden und vorzeitige Tode. Weltweitweit sterben jährlich Millionen von Menschen vorzeitig durch die Luftverschmutzung im offenen Raum, in der EU soll es fast eine halbe Million Menschen sein. Nach der WHO ist Luftverschmutzung die schlimmste Umweltgesundheitsgefährdung.

Um die besonders in Städten hohe Belastung durch Feinstaub und Stickstoffdioxid zu senken, muss nach der EU-Kommission ein Verbot für Dieselfahrzeuge in belasteten Städten eingeführt werden. Nach dem Umweltbundesamt sind bei Erwachsenen über 30 Jahren aufgrund von Schätzungen "etwa 11 bis 14 Prozent (%) aller Todesfälle aufgrund kardiopulmonaler Erkrankungen und etwa 16 bis 20 % aller Todesfälle infolge von Lungenkrebs auf den Umweltstressor Feinstaub zurückzuführen".

Typischerweise verursacht Luftverschmutzung Atemwegs- und Kreislauferkrankungen. Aber es werden noch eine Reihe weiterer gesundheitlicher Folgen vermutet. So sollen, so eine in The Lancet Planetary Health eben veröffentlichten Studie, PM2,5-Feinstaub und Ruß, die vor allem durch Fahrzeugemissionen entstehen, die Werte des Nebenschilddrüsenhormons Parathormon (PTH) reduzieren, das den Calziumspiegel im Blut reguliert. Damit zusammenhängen könnte, dass gleichzeitig die Knochendichte sinkt. Das führt wiederum dazu, dass bei den Menschen, die höherer Luftverschmutzung ausgesetzt sind, die Zahl der Knochenbrüche ansteigt.

In einer anderen Studie, die gerade in der Zeitschrift "Occupational and Environmental Medicine" veröffentlicht wurde, haben Wissenschaftler der Universität Hongkong in Taiwan untersucht, ob es einen Zusammenhang zwischen hoher PM2,5-Feinstaub-Aussetzung und der Qualität der Spermien gibt. Untersucht wurden zwischen 2001 und 2014 die Zahl und Qualität der Spermien von 6475 Männern und die Feinstaubbelastung an ihrem Wohnort. Dabei zeigte sich, dass mit wachsender Feinstaubbelastung zwar die Zahl der Spermien steigt, gleichzeitig aber sinkt die Zahl der morphologisch normal geformten Spermien.

Inwieweit sich das auf die Fruchtbarkeit auswirkt, geht aus der Studie nicht hervor. Die Wissenschaftler vermuten, dass die steigende Zahl von Spermien eine kompensierende Reaktion auf sinkende Zahl von normal geformten Spermien sein könnte. Insgesamt scheint die Zahl der Spermien jedoch teils dramatisch zurückgegangen zu sein, worauf die zunehmende Unfruchtbarkeit zurückgeführt wird (Samenzahl hat sich bei westlichen Männern in 40 Jahren halbiert ).

Nach einer Studie von Wissenschaftlern der University of Leicester, die in der Zeitschrift Environmental Microbiology erschienen ist, könnte die Luftverschmutzung noch ein weiteres, wenn auch indirektes Risiko für die Gesundheit der Menschen mit sich bringen. Es scheint nämlich so zu sein, dass Bakterien auf Rußpartikel in der Luft auf vielfältige und massive Weise strukturell, kompositionell und funktionell reagieren und dabei gegenüber Antibiotika resistent werden.

Untersucht wurden Staphylococcus aureus und Streptococcus pneumoniae, die neben anderen Infektionen schwere Atemwegserkrankungen wie Lungenenttzündungen verursachen können. Bei Staphylococcus aureus haben sich häufig schon Multiresistenzen gegenüber vielen Antibiotika ausgebildet, hier spricht man von MRSA (Multi-resistente Staphylococcus aureus). Die Multiresistenz wird auf häufige und fehlerhafte Antiobitika-Behandlungen zurückgeführt.

Eines der ersten Bilder des ESA-Satelliten Copernicus Sentinel-5P. Es zeigt die Verteilung der Stickstoffdioxid-Belastungen in Deutschland. Mit Sentinel-5P lässt sich die Luftverschmutzung mit größerer Präzision als bislang möglich darstellen. Bild: ESA

Biofilme der Bakterien werden durch schwarze Rußpartikel erheblich dicker und komplexer. Ruß scheint die Entstehung und Kolonisierung der Bakterien zu verstärken. Das könnte eine Folge der erhöhten Empfindlichkeit für proteolytische Spaltungen durch die Proteinase K sein, die bei einigen Stämmen niedriger und bei anderen höher wurden. Schwarzer Ruß wirkt sich demnach auf die Proteinzusammensetzung des Biofilms aus.

Nach der Studie erhöht schwarzer Ruß, der durch Verbrennung fossiler Energien entsteht, die Resistenz von Staphylococcus aureus gegen Antibiotika im Atemwegsystem und bei Streptococcus pneumoniae gegenüber Penicillin, das nach einer Infektion normalerweise erst einmal eingesetzt wird. Die Veränderungen der Proteinstruktur könnte eine Ursache sein, so die Wissenschaftler, warum sich Penicillin nicht mehr so gut andocken kann.

Überdies scheint hohe Aussetzung an Rußpartikel Streptococcus pneumoniae anzuregen, sich von der Nase in das untere Atemwegsystem, also bis in die Lunge, auszubreiten und dort heranzuwachsen. Das war das Ergebnis eines Versuchs mit Mäusen. Diese erkrankten allerdings nicht, was mit der bereits in anderen Studien beobachteten Veränderung des Immunsystems durch schwarzen Ruß zusammenhängen könnte, das keine Abwehr mehr erzeugen kann, aber auch damit, dass vor allem junge und alte Mäuse für eine Infektion empfindlich sein könnten oder zusätzlich eine weitere Aussetzung an Stress erforderlich wäre. Jedenfalls gehen die Wissenschaftler davon aus, dass der Einfluss von schwarzem Ruß auf die Kolonisierung der Bakterien erklären könnte, warum Aussetzung an schwarzem Ruß mit einem höheren Risiko für bakterielle Lungenentzündungen und chronischen Infektionserkrankungen wie Asthma oder COPD einhergeht.

Das Ergebnis ist beunruhigend, zumal wenn es auch für andere Bakterien zutreffen sollte. Und es weist darauf hin, dass Umweltverschmutzung medizinische Behandlungen von ernsten Krankheiten erschweren oder verunmöglichen kann. Die Wissenschaftler fordern daher, vor allem in dem Städten mehr zur Senkung und Verhinderung der Luftverschmutzung zu tun: "Das Leben in Megacities mit extremen Werten der Luftverschmutzung ist ein großes Risiko für die menschliche Gesundheit in vielen Teilen der Erde. Unsere Forschung versucht, internationale Wissenschaftlergruppen von Biologen, Chemikern, Klinikern, Sozialwissenschaftlern und Stadtplanern anzuleiten und mit ihnen zusammenzuarbeiten", sagen Julian Ketley, Professor für Bakteriengenetik, und Peter Andrew, Professor für mikrobielle Pathogene der Universität in einem gemeinsamen Statement: "Zusammen untersuchen wir, wie die zunehmende Urbanisierung Infektionskrankheiten fördern."

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