Bay­reu­ther Biolog*innen unter­su­chen Wir­kun­gen von Bis­phe­n­o­len auf Nervenzellen

Campusrondell der Universität Bayreuth
Campusrondell der Universität Bayreuth. Foto: © UBT

Hirn­schä­den durch Weichmacher

Die in vie­len täg­li­chen Gebrauchs­ge­gen­stän­den ent­hal­te­nen Weich­ma­cher kön­nen wich­ti­ge Hirn­funk­tio­nen des Men­schen beein­träch­ti­gen. Vor die­ser Gefahr war­nen Biolog*innen der Uni­ver­si­tät Bay­reuth in einem Bei­trag für „Com­mu­ni­ca­ti­ons Bio­lo­gy“. Wie ihre Stu­die zeigt, wird die Signal­über­tra­gung zwi­schen Ner­ven­zel­len im Gehirn von Fischen schon durch gerin­ge Men­gen der Weich­ma­cher Bis­phe­nol A und Bis­phe­nol S gestört. Die Forscher*innen hal­ten es für sehr wahr­schein­lich, dass ähn­li­che Schä­di­gun­gen auch im Gehirn erwach­se­ner Men­schen auf­tre­ten kön­nen. Sie for­dern daher eine beschleu­nig­te Ent­wick­lung alter­na­ti­ver Weich­ma­cher, von denen kei­ne Gefah­ren für das zen­tra­le Ner­ven­sy­stem ausgehen.

Dr. Peter Machnik in einem Labor für Tierphysiologie der Universität Bayreuth. Im Hintergrund: Aufbau zur elektrophysiologischen Untersuchung von Nervenzellen im Gehirn von Fischen. Foto: Christian Wißler.

Dr. Peter Mach­nik in einem Labor für Tier­phy­sio­lo­gie der Uni­ver­si­tät Bay­reuth. Im Hin­ter­grund: Auf­bau zur elek­tro­phy­sio­lo­gi­schen Unter­su­chung von Ner­ven­zel­len im Gehirn von Fischen. Foto: Chri­sti­an Wißler.

Bis­phe­no­le sind Weich­ma­cher, die welt­weit in einer gro­ßen Zahl von Kunst­stoff-Pro­duk­ten ent­hal­ten sind – bei­spiels­wei­se in Lebens­mit­tel­ver­packun­gen, Pla­stik­ge­schirr, Trink­fla­schen, Spiel­zeug, Zahn­fül­lun­gen oder Baby­schnul­lern. In den letz­ten Jah­ren wur­den bereits zahl­rei­che gesund­heit­li­che Risi­ken, ins­be­son­de­re von Bis­phe­nol A (BPA), auf­ge­deckt. Das Bay­reu­ther For­schungs­team um Dr. Peter Mach­nik am Lehr­stuhl für Tier­phy­sio­lo­gie (Prof. Dr. Ste­fan Schu­ster) hat jetzt erst­mals die Aus­wir­kun­gen von Weich­ma­chern auf die Signal­über­tra­gung zwi­schen Ner­ven­zel­len im erwach­se­nen Gehirn unter­sucht. Die Stu­die erstreckt sich nicht nur auf BPA, son­dern auch auf Bis­phe­nol S (BPS), das häu­fig als weni­ger gesund­heits­schäd­lich ange­se­hen wird. Das Ergeb­nis: Bei­de Weich­ma­cher beein­träch­ti­gen die Kom­mu­ni­ka­ti­on zwi­schen den Ner­ven­zel­len des Gehirns.

Dau­er­haf­te Schä­di­gun­gen des Nervensystems

Die schäd­li­chen Aus­wir­kun­gen auf das Gehirn betref­fen vor allem das emp­find­li­che Gleich­ge­wicht unter­schied­li­cher Ner­ven­funk­tio­nen: Eini­ge Hirn­zel­len über­tra­gen Signa­le, die in nach­ge­schal­te­ten Zel­len einen Erre­gungs­zu­stand aus­lö­sen; ande­re Hirn­zel­len wie­der­um haben die Funk­ti­on, nach­ge­schal­te­te Zel­len zu hem­men. Nur wenn bei­de Funk­tio­nen auf­ein­an­der abge­stimmt sind, ist das zen­tra­le Ner­ven­sy­stem intakt. „Es ist bekannt, dass zahl­rei­che Stö­run­gen im Ner­ven­sy­stem von Wir­bel­tie­ren dadurch aus­ge­löst wer­den, dass Erre­gungs­si­gna­le und Hem­mungs­si­gna­le nicht oder nur unzu­läng­lich koor­di­niert sind. Umso bedenk­li­cher ist es, dass die Weich­ma­cher BPA und BPS genau die­se Koor­di­na­ti­on erheb­lich beein­träch­ti­gen“, erklärt Dr. Peter Mach­nik, Haupt­au­tor der Studie.

„Es hat uns über­rascht, wie vie­le lebens­wich­ti­ge Hirn­funk­tio­nen der Fische durch die in zahl­rei­chen Indu­strie­bran­chen ver­wen­de­ten Weich­ma­cher geschwächt wer­den. Die­se Schä­di­gun­gen tre­ten, wie wir zei­gen konn­ten, nicht sofort ein. Aber wenn die Gehirn­zel­len einen Monat lang gerin­gen Men­gen von BPA oder BPS aus­ge­setzt sind, sind die Schä­den unüber­seh­bar“, sagt die Bay­reu­ther Dok­to­ran­din Eli­sa­beth Schir­mer, Erst­au­torin der Stu­die. Wie sich her­aus­ge­stellt hat, beein­flus­sen die Weich­ma­cher das Akti­ons­po­ten­zi­al von Gehirn­zel­len. Sie ver­än­dern die che­mi­sche und elek­tri­sche Über­tra­gung von Signa­len durch die Syn­ap­sen. Zudem stö­ren sie die Schalt­krei­se, die für die Wahr­neh­mung und Ver­ar­bei­tung von aku­sti­schen und visu­el­len Rei­zen wich­tig sind.

Unter­su­chun­gen an Mauth­ner­zel­len in Goldfischen

Die Ent­deckung der Schä­di­gun­gen durch Weich­ma­cher sind aus detail­lier­ten Unter­su­chun­gen an leben­den Gold­fi­schen her­vor­ge­gan­gen. Im Fokus stan­den die bei­den größ­ten Ner­ven­zel­len im Gehirn der Fische, die Mauth­ner­zel­len. Hier lau­fen alle Sin­nes­rei­ze zusam­men, die rasch und auf prä­zi­se koor­di­nier­te Wei­se ver­ar­bei­tet wer­den müs­sen, wenn sich Fress­fein­de nähern. In die­sem Fall lösen die Mauth­ner­zel­len lebens­ret­ten­de Flucht­re­ak­tio­nen aus. Auf­grund die­ser über­le­bens­wich­ti­gen Funk­ti­on haben sie im Ver­lauf der Evo­lu­ti­on eine aus­ge­präg­te Robust­heit ent­wickelt. Mauth­ner­zel­len sind imstan­de, schä­di­gen­de Ein­flüs­se bis zu einem gewis­sen Grad abzu­weh­ren oder nach­träg­lich zu kom­pen­sie­ren. Umso stär­ker fällt es ins Gewicht, dass Weich­ma­cher in der Lage sind, beträcht­li­che Schä­den in die­sen Zel­len anzurichten.

Über­trag­bar­keit der Ergeb­nis­se auf den Men­schen – For­de­rung nach alter­na­ti­ven Weichmachern

„Die durch Unter­su­chun­gen an Fisch­ge­hir­nen gewon­ne­nen Erkennt­nis­se recht­fer­ti­gen die Ein­schät­zung, dass BPA und BPS das Gehirn erwach­se­ner Men­schen eben­falls in gra­vie­ren­der Wei­se schä­di­gen kön­nen. Vor die­sem Hin­ter­grund ist es drin­gend gebo­ten, dass Wis­sen­schaft und Indu­strie neue Weich­ma­cher ent­wickeln, die die­se Bis­phe­no­le erset­zen kön­nen und gesund­heit­lich unbe­denk­lich sind“, sagt Dr. Peter Mach­nik. Prof. Dr. Ste­fan Schu­ster fügt hin­zu: „Die Effi­zi­enz der For­schungs­tech­ni­ken, die wir bei unse­rer Stu­die ange­wen­det haben, kann bei der Ent­wick­lung alter­na­ti­ver Weich­ma­cher eine wert­vol­le Hil­fe sein. Die­se Tech­ni­ken machen es mög­lich, schnell und kosten­gün­stig zu testen, wie sich die dafür infra­ge kom­men­den Sub­stan­zen auf Gehirn­zel­len auswirken.“

For­schungs­för­de­rung:

Die For­schungs­ar­bei­ten wur­den von der Deut­schen For­schungs­ge­mein­schaft (DFG) im Rah­men eines Rein­hart Kosel­leck-Pro­jekts unterstützt.

Ver­öf­fent­li­chung:

Eli­sa­beth Schir­mer, Ste­fan Schu­ster, Peter Mach­nik: Bis­phe­nols exert detri­men­tal effects on neu­ro­nal signa­ling in matu­re ver­te­bra­te brains. Com­mu­ni­ca­ti­ons Bio­lo­gy (2021), DOI: https://doi.org/10.1038/s42003-021–01966‑w