Superbug-Bedrohung: Die versteckte Plastikkrise in der Landwirtschaft bedroht unsere Nahrungsmittelversorgung

Von der University of Illinois, 25. August 2023

Die starke Abhängigkeit der modernen Landwirtschaft von Kunststoffen hat zu einem weit verbreiteten Vorkommen von Mikro- und Nanoplastik in landwirtschaftlichen Böden geführt. Forscher der University of Illinois Urbana-Champaign warnen, dass diese Kunststoffe antibiotikaresistente Bakterien in unserer Lebensmittelversorgung fördern könnten.

Die moderne Landwirtschaft ist, wie alle Industriezweige, in erheblichem Maße auf Kunststoffe angewiesen. Denken Sie unter anderem an den Plastikmulch, der Gemüsebeete schmückt, an die PVC-Kanäle, die den Wasserabfluss von Feldern steuern, an Polyethylenschilde für hohe Tunnel und an die Plastikbehälter für Saatgut, Düngemittel und Herbizide. Eine aktuelle Studie von Forschern der University of Illinois Urbana-Champaign zeigt, dass diese Kunststoffe mittlerweile in landwirtschaftlichen Böden in Form von Mikroplastik und Nanoplastik 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.

Mikroplastikfragmente wie diese, die aus landwirtschaftlichem Boden in Illinois isoliert wurden, könnten pathogenen Bakterien das perfekte Substrat für die Entwicklung von Antibiotikaresistenzen und die Übertragung verwandter Gene auf benachbarte Bakterien bieten. Ein neues Übersichtspapier der University of Illinois fordert eine umfassendere Untersuchung, um die Wechselwirkung zwischen Mikroplastik und Mikroben dort zu klären, wo unsere Lebensmittel angebaut werden. Bildnachweis: Jayita De und Pratik Banerjee, University of Illinois

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. Wenn sich Gruppen von Bakterien an derselben Oberfläche festsetzen, haben sie die Angewohnheit, diese Gene durch einen Prozess zu teilen, der als horizontaler Gentransfer bezeichnet wird. Nanoplastik, das in Bakterienzellen eindringen kann, stellt eine andere Art von Stress dar, aber dieser Stress kann die gleichen Folgen haben.

„Bakterien entwickeln seit Millionen von Jahren genetische Mechanismen, um mit Stress umzugehen. „Kunststoff ist ein neues Material, das Bakterien in der Natur noch nie gesehen haben, daher rufen sie jetzt diese genetischen Werkzeuge hervor, um mit diesem Stress umzugehen“, sagte Co-Autor Pratik Banerjee, außerordentlicher Professor am FSHN und Spezialist für Illinois Extension. „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.

„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.

Referenz: „Interaction of Microbes with Microplastics and Nanoplastics in the Agroecosystems – Impact on Antimicrobial Resistance“ von Jayashree Nath, Jayita De, Shantanu Sur und Pratik Banerjee, 29. Juni 2023, Pathogens.DOI: 10.3390/pathogens12070888

Die Studie wurde vom National Institute of Food and Agriculture finanziert.