Antibiotika im Piracicaba River: Verbotener Wirkstoff in Fischen entdeckt

In einer Region Brasiliens transportiert ein Fluss, der das Leben vor Ort und die Ernährung der Bevölkerung sichert, zugleich Spuren von etwas Unerwartetem: Antibiotika.

Diese Medikamente werden täglich eingesetzt, um Infektionen bei Menschen und Tieren zu behandeln, gelangen jedoch nicht immer nur dorthin, wo sie vorgesehen sind. Über Abwasser, landwirtschaftliche Abschwemmungen und Aquakultur können sie in Gewässer eindringen.

Mit der Zeit reichern sie sich an. Geschieht das, ziehen sich die Folgen durch das gesamte Ökosystem.

Wie sich Antibiotika in Flusssystemen anreichern

Bei Untersuchungen des Piracicaba River wiesen Forschende Rückstände mehrerer verbreiteter Antibiotika im Wasser, in Sedimenten und sogar in Fischen nach. Dieses Muster blieb im Jahresverlauf jedoch nicht gleich.

Geleitet wurde die Forschung von Patrícia Alexandre Evangelista am Center for Nuclear Energy in Agriculture der Universität São Paulo.

„Die Ergebnisse zeigten ein klares saisonales Muster. Während der Regenzeit lagen die Konzentrationen der meisten Antibiotika unter den Nachweisgrenzen. In der Trockenzeit hingegen wurden verschiedene Verbindungen nachgewiesen, weil das Wasservolumen abnimmt und sich Schadstoffe konzentrieren“, sagte Evangelista.

Dabei erwies sich der Flussboden als zentraler Faktor. Organisch reiches Sediment fungierte als Speicherbereich, der diese Verbindungen festhielt.

Die Verunreinigung fließt somit nicht einfach weiter. Unter passenden Bedingungen kann sie bestehen bleiben und später erneut freigesetzt werden.

Verbotenes Antibiotikum in lokalen Fischen entdeckt

Die Studie betrachtete einen Flussabschnitt nahe eines Staudamms, an dem sich Schadstoffe aus dem gesamten Einzugsgebiet sammeln. Untersucht wurden Wasser, Sedimente und ein kleiner, in der Region häufig verzehrter Fisch.

„Eines der wichtigsten Ergebnisse der Studie war der Nachweis von Chloramphenicol in Lambari-Fischen (Astyanax sp.), die von lokalen Fischern in der Region Barra Bonita gesammelt wurden“, sagte Evangelista.

„Chloramphenicol ist ein Antibiotikum, dessen Einsatz in der Nutztierhaltung in Brasilien gerade wegen der mit seiner Toxizität verbundenen Risiken verboten ist.“

Während der Trockenzeit wurde dieses Antibiotikum in Fischen in Konzentrationen von mehreren zehn Mikrogramm pro Kilogramm nachgewiesen. Da der Fisch weithin gegessen wird, deutet dies auf einen möglichen Aufnahmeweg für Menschen über Lebensmittel hin.

Kann eine schwimmende Pflanze helfen?

Ein Teil der Untersuchung befasste sich mit einer Pflanze, die viele Menschen normalerweise unbeachtet lassen oder sogar entfernen würden. Salvinia auriculata schwimmt auf der Wasseroberfläche und wächst schnell. Oft gilt sie als lästig, könnte aber auch einen Nutzen haben.

In kontrollierten Experimenten nahm die Pflanze Antibiotika aus dem Wasser auf. Wie wirksam dies war, hing von der jeweiligen Verbindung ab.

„Die Ergebnisse zeigten die hohe Effizienz von Salvinia bei der Entfernung von Enrofloxacin. In Behandlungen mit höherer Pflanzenbiomasse wurden innerhalb weniger Tage mehr als 95 % des Antibiotikums aus dem Wasser entfernt. Die Halbwertszeit der Verbindung sank auf etwa zwei bis drei Tage“, sagte Evangelista.

„Im Fall von Chloramphenicol verlief die Entfernung langsamer und nur teilweise. Die Pflanze konnte 30 % bis 45 % des Antibiotikums aus dem Wasser entfernen, bei Halbwertszeiten von 16 bis 20 Tagen, was auf die größere Persistenz der Verbindung in der Umwelt hinweist.“

Der größte Teil des aufgenommenen Materials sammelte sich in den Wurzeln der Pflanze. Das legt nahe, dass die Wurzeln wie Filter wirken und Stoffe aus dem Wasser ziehen.

Wasserreinigung mit Pflanzen

Wasser mithilfe von Pflanzen zu reinigen, klingt nach einer einfachen Lösung. Das ist es nicht.

Selbst wenn die Pflanze die Antibiotikakonzentrationen im Wasser verringerte, nahmen Fische nicht immer weniger davon auf. In einigen Fällen erhöhte sich die Aufnahme sogar. Ein möglicher Grund ist, dass die Pflanze die chemische Form der Verbindungen verändert und sie dadurch für Fische leichter aufnehmbar werden.

„Dies zeigt, dass der Einsatz von Pflanzen als ‚Schwämme‘ für Schadstoffe keine triviale Angelegenheit ist. Die Anwesenheit der Makrophyte verändert das gesamte System, einschließlich der Art und Weise, wie der Organismus mit dem Schadstoff in Kontakt kommt“, erklärte Evangelista.

Die Forschenden stellten außerdem fest, dass ein Antibiotikum, Chloramphenicol, deutlich länger in Fischen verblieb als andere. Seine Halbwertszeit im Organismus betrug mehr als 90 Tage, und es zeigte eine ausgeprägte Neigung, sich im Gewebe anzureichern.

Antibiotika mit DNA-Schäden in Verbindung gebracht

Neben Vorkommen und Anreicherung untersuchten die Forschenden auch die biologischen Auswirkungen. Sie prüften genetische Schäden bei Fischen, die diesen Stoffen ausgesetzt waren.

Erneut fiel Chloramphenicol besonders auf. Es erhöhte die DNA-Schäden in Blutzellen der Fische. War die Pflanze vorhanden, sanken diese Schäden wieder näher an normale Werte.

Bei einem weiteren Antibiotikum, Enrofloxacin, bewirkte die Pflanze bei der Verringerung dieser Effekte kaum einen Unterschied.

„Unsere vorgeschlagene Interpretation lautet, dass die Pflanze im Fall von Chloramphenicol möglicherweise weniger genotoxische Nebenprodukte erzeugt oder antioxidative Verbindungen in die Rhizosphäre abgibt, wodurch der oxidative Stress bei den Fischen verringert wird“, sagte Evangelista.

„Enrofloxacin ist dagegen chemisch stabiler und kann persistente sowie potenziell toxische Metaboliten bilden, deren Wirkung durch die Makrophyte nicht neutralisiert wird.“

Ein weiterreichendes Umweltproblem

Antibiotika in der Umwelt betreffen nicht allein Fische. Sie können auch Bakterien beeinflussen und Resistenzen fördern. Damit reicht das Problem weit über einen einzelnen Fluss hinaus.

„Die Studie zeigt, dass das Problem real, messbar und komplex ist. Jede Strategie zu seiner Bewältigung muss nicht nur die Entfernung des Schadstoffs berücksichtigen, sondern auch dessen biologische und ökologische Auswirkungen“, sagte Evangelista.

Studienmitautor Valdemar Luiz Tornisielo ordnete die Forschung in einen größeren Zusammenhang ein.

„Der Nachweis von Antibiotikarückständen im Wasser, in den Sedimenten und in den Fischen des Piracicaba River zeigt, wie schädlich menschliche Aktivitäten sein können. Die Resistenz von Mikroorganismen gegen Antibiotika kann zur Entstehung von Superkeimen in der Umwelt führen“, sagte Tornisielo.

„Die Forschung erzielte positive Ergebnisse mit kostengünstigen Umweltlösungen und ermöglichte ein besseres Verständnis des integrierten Funktionierens aquatischer Ökosysteme sowie des Einsatzes wirksamer natürlicher Verfahren zur Minderung der Auswirkungen.“

Das vollständige Bild der Flussverschmutzung

Die Ergebnisse weisen nicht auf eine einzelne Lösung hin. Sie zeigen ein System, in dem menschliche Aktivitäten, natürliche Prozesse und biologische Vorgänge auf komplexe Weise zusammenwirken. Eine Pflanze kann helfen, zugleich aber auch verändern, wie sich Schadstoffe verhalten.

Um diese Art von Verschmutzung zu bewältigen, muss das Gesamtbild betrachtet werden. Dazu gehören der Einsatz von Medikamenten, die Behandlung von Abfällen und die Reaktion von Ökosystemen über längere Zeiträume.

Der Fluss fließt weiter. Was er mit sich führt und was zurückbleibt, hängt von Entscheidungen ab, die weit außerhalb seiner Ufer getroffen werden.

Die vollständige Studie wurde in der Fachzeitschrift Environmental Sciences Europe veröffentlicht.