Verheerende Auswirkungen von Insektenvernichtungsmittel
Neonicotinoide beeinflussen menschliche Neurone und schädigen potentiell
somit nicht nur Insektenzellen
Neonicotinoide sind synthetisch hergestellte Wirkstoffe, die zur
Bekämpfung von Insekten eingesetzt werden. Aufgesprüht auf
landwirtschaftlich kultivierte Pflanzen wirken sie zuverlässig als
Kontakt- und Fraßgift. Forschende des NMI Naturwissenschaftlichen und
Medizinischen Instituts in Reutlingen publizierten gemeinsam mit der
Universität Konstanz und anderen kürzlich, dass Neonicotinoide, ähnlich
wie das in der Tabakpflanze enthaltene Nikotin, menschliche Neurone
funktionell beeinflussen.
Das gefährliche Potential der Neonicotinoide
Neonicotinoide sind systemische Insektizide, die sich in der behandelten
Pflanze, von der Wurzel bis zum Blatt, gänzlich verteilen. Schädigt ein
Insekt die Pflanze beginnt der Wirkungsmechanismus der Neonicotinoide. Die
aufgenommene Substanz bindet an nikotinische Acetylcholinrezeptoren von
Nervenzellen. Auf diese Weise wird die Weiterleitung von neuronalen
Informationen dauerhaft gestört. Die anhaltende Signalübertragung zwischen
den einzelnen Nervenzellen führt letzten Endes zum Tod des Insekts. Eine
bislang unterschätzte Problematik der Pestizide ist, dass neben der
Originalsubstanz auch deren Abbauprodukte, also Zwischenstufen des
Ausgangstoffs, eine schädliche Wirkung haben können.
Lange ging man davon aus, dass die durch das Insektizid hervorgerufene
neuronale Störung spezifisch für Insekten sei. Mehrere Studien konnten
allerdings bestätigen, dass die Insektizide ebenfalls nachteilige Effekte
auf Säugetierzellen haben. Die Verwendung mehrere Neonicotinoide wurden
seit 2018 in der europäischen Union bereits verboten beziehungsweise
eingeschränkt, da sie nachweislich als bienenschädlich gelten. Dass die
schädlichen Insektenvernichtungsmittel immer noch auf importierten
Lebensmitteln zu finden sind, scheint dabei in den Hintergrund zu rücken.
Zudem werden weiterhin Notfallgenehmigungen zur Nutzung des Insektizids
von der EU gewährt.
Abbauprodukt von Insektizid vergleichbar mit Nikotin
Forschende des NMI fanden jüngst mit Hilfe humanen LUHMES (LUnd Human
MESencephalic) Zellen heraus, dass Neonicotinoide einen erheblichen Effekt
auf Nervenzellen haben. Dazu wurden im Labor aus den LUHMES Zellen ein
bestimmter Typus von Nervenzellen generiert, sogenannte dopaminerge
Neurone. Diese Art von Neuronen ist im Gehirn von Säugetieren an einer
Vielzahl biologischer Prozesse beteiligt, unter anderem der Bewegung und
Motivation. Bereits in der Vergangenheit erwiesen sich die LUHMES Zellen
als ein passendes Modellsystem um die Toxizität von Substanzen auf
menschliche Nervenzellen zu untersuchen. Die Verwendung eines humanen
Zellmodels sei „ein großer Vorteil, für humane Toxizitätsbeurteilungen“,
so Dr. Udo Kraushaar, Gruppenleiter Elektrophysiologie am NMI. Die
Vergangenheit zeigt, dass Studien an Nagern nicht immer geeignet sind, um
aussagekräftige Toxizitätsbeurteilungen zu gewährleisten, die systemischen
Unterschiede zwischen Mensch und Nager seien zu groß.
Nun wurden verschiedene Neonicotinoide und insbesondere ein Abbauprodukt
des Neonicotinoids Imidacloprid mit dem bekannten Wirkstoff Nikotin
verglichen. Gibt man die zu testende Substanz auf die Nervenzellen, kommt
es zu einer Änderung des elektrischen Membranpotentials. Diese
Potentialänderung wiederum bewirkt, dass sich Calciumkanäle, die in die
Membran der Zellen eingelassen sind, öffnen und den Einstrom von Calcium
in die Zelle ermöglichen. Dieser Zufluss von Calcium in die Zelle kann
durch ein bildgebendes Verfahren visualisiert und gemessen werden. Die
Ergebnisse der Studie zeigten, dass ein Abbauprodukt des Neonicotinoids
Imidacloprid deutlich stärkere Auswirkungen auf Neurone hat, als sein
Ausgangsstoff. Die Wirksamkeit ist vergleichbar mit Nikotin und als akute
Störsubstanz auf das humanen Neuronenmodell messbar. „Weitere Effekte auf
die neuronale Entwicklung sind nicht auszuschließen, müssen allerdings
noch erforscht werden“ bestätigte Kraushaar.
Dies Arbeit wurde gefördert durch das Land Berlin (LTB-P769), das
Promotionsprogramm InViTe und das 3R-Zentrum des Ministeriums für
Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg (MWK Baden-
Württemberg), der EFSA, der DK-EPA (MST-667-00205). Das Projekt wurde mit
Mitteln aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 unter den
FKZ Nr. 681002 (EU-ToxRisk), Nr. 964537 (RISK-HUNT3R), Nr. 964518
(ToxFree) und Nr. 825759 (ENDpoiNTs) unterstützt, sowie durch das
Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Württemberg.
Publikation:
Loser, D., et al. Acute effects of the imidacloprid metabolite desnitro-
imidacloprid on human nACh receptors relevant for neuronal signaling. Arch
Toxicol (2021). https://doi.org/10.1007/s00204
Über das NMI
Das NMI Naturwissenschaftliche und Medizinische Institut in Reutlingen ist
eine außeruniversitäre Forschungseinrichtung und betreibt
anwendungsorientierte Forschung an der Schnittstelle von Bio- und
Materialwissenschaften. Es verfügt über ein einmaliges, interdisziplinäres
Kompetenzspektrum für F&E- sowie Dienstleistungsangebote für regional und
international tätige Unternehmen. Dabei richtet sich das Institut
gleichermaßen an die Gesundheitswirtschaft sowie Industriebranchen mit
werkstofftechnischen und qualitätsorientierten Fragestellungen wie
Fahrzeug-, Maschinen- und Werkzeugbau.
Das Forschungsinstitut gliedert sich in drei Geschäftsbereiche, die durch
ein gemeinsames Leitbild miteinander verbunden sind: Die Suche nach
technischen Lösungen erfolgt stets nach höchsten wissenschaftlichen
Standards. Im Geschäftsfeld Pharma und Biotech unterstützt das NMI die
Entwicklung neuer Medikamente mit biochemischen, molekular- und
zellbiologischen Methoden. Der Bereich Biomedizin und
Materialwissenschaften erforscht und entwickelt Zukunftstechnologien wie
die personalisierte Medizin und Mikromedizin für neue diagnostische und
therapeutische Ansätze. Im Fokus des Dienstleistungsangebotes steht für
Kunden die Strukturierung und Funktionalisierung von Werkstoffen und deren
Oberflächen. Im Geschäftsfeld Analytik und Elektronenmikroskopie werden
analytische Fragestellungen beantwortet.
Über die Landesgrenzen hinaus ist das NMI für sein Inkubatorkonzept für
Existenzgründer mit bio- und materialwissenschaftlichem Hintergrund
bekannt.
www.nmi.de
Das NMI Naturwissenschaftliche und Medizinische Institut in Reutlingen
wird vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus des Landes
Baden-Württemberg unterstützt und ist Mitglied der Innovationsallianz
Baden-Württemberg, einem Zusammenschluss von 12 außeruniversitären und
wirtschaftsnahen Forschungsinstituten.
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