PFAS beeinflussen Entwicklung und Funktion des Gehirns

Anhand von Zebrafischen (danio rerio) konnten Forschende eine negative Wirkung von PFAS auf die Entwicklung des Gehirns nachweisen.

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Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS), die sogenannten „Ewigkeitschemikalien“, beeinträchtigen die Gesundheit und können zu Leberschäden, Übergewicht, hormonellen Störungen und Krebs führen. Das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) hat nun die Auswirkungen von PFAS auf das Gehirn untersucht: Mit einer Kombination aus modernen molekularbiologischen Methoden und dem Zebrafischmodell deckten sie den Wirkmechanismus auf und identifizierten die beteiligten Gene – die auch beim Menschen vorhanden sind.

Besondere technische Eigenschaften machen PFAS für die Umwelt problematisch

Aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften – Hitzebeständigkeit, Wasser- und Fettabweisung sowie hohe Haltbarkeit – werden PFAS in vielen Produkten des täglichen Lebens verwendet, z. B. in Kosmetika, Outdoor-Kleidung und beschichtetem Kochgeschirr. Doch gerade diese Eigenschaften machen sie so problematisch. Einige PFAS sind chemisch stabil, reichern sich in der Umwelt an und gelangen über Luft, Trinkwasser und Lebensmittel in unseren Körper. Bislang sind die Folgen für Umwelt und Gesundheit nur schwer abzuschätzen.

Negative Auswirkungen auf die Gehirnentwicklung auch beim Menschen

In seiner aktuellen Studie untersuchte das UFZ, wie sich die Exposition von PFAS auf die Gehirnentwicklung auswirkt. Dazu verwendeten die Forschenden das Zebrafischmodell, das in der toxikologischen Forschung häufig eingesetzt wird. Vorteil dieses Modells: Rund 70 % der Gene, die im Zebrabärbling (Danio rerio) vorkommen, sind auch beim Menschen zu finden. In Experimenten wurden Zebrafischlarven zwei Substanzen aus der Gruppe der PFAS (PFOS und PFHxS), die eine ähnliche Struktur aufweisen, ausgesetzt. Anschließend wurde mit molekularbiologischen und bioinformatischen Methoden untersucht, wie sich die Expression verschiedener Gene in den Gehirnen der PFAS-belasteten Fischlarven im Vergleich zu nicht-belasteten Kontrollfischen verändert. Bei den Zebrafischen, die PFAS ausgesetzt waren, war die Genexpression der Peroxisom-Proliferator-aktivierten Rezeptoren (ppar), die ähnlich auch beim Menschen vorkommen, besonders hoch. Frühere Toxizitätsstudien hatten dies bereits für die Leber gezeigt.

Bestimmte PFAS im Wasser lösen Hyperaktivität aus

Verschiedene Versuchsreihen zeigten: PFAS-exponierte Fische schwammen während einer verlängerten Dunkelphase mehr als Kontrollfische – unabhängig davon, ob sie während der Gehirnentwicklung kontinuierlich PFAS ausgesetzt waren oder erst kurz vor dem Verhaltenstest. Interessanterweise war die Hyperaktivität nur vorhanden, wenn auch die Chemikalie im Wasser war. Wurde PFOS oder PFHxS entfernt, ließ die Hyperaktivität nach. Darüber hinaus wurde die Schreckreaktion nach einem Reizwechsel gemessen: Bei Zebrafischen, die vier Tage lang PFOS ausgesetzt waren, wurde ein hyperaktives Schwimmverhalten als Reaktion auf den Reizwechsel beobachtet. Im Gegensatz dazu zeigten Zebrafische, die nur am fünften Tag PFOS oder PFHxS ausgesetzt waren, keine hyperaktive Schreckreaktion. Aus diesen Reaktionen schließen die Forschenden, dass eine PFOS-Exposition mit abnormen Folgen verbunden ist, insbesondere in sensiblen Entwicklungsphasen des Gehirns. Sie identifizierten zwei Gene aus der ppar-Gruppe, die das durch PFOS ausgelöste Verhalten vermitteln. Da diese Gene auch beim Menschen vorkommen, ist es möglich, dass PFAS auch beim Menschen entsprechende Wirkungen haben. Das UFZ will in künftigen Forschungsprojekten die neuroaktiven Wirkungen anderer PFAS untersuchen und die Methode ausbauen, sodass sie letztlich zur Risikobewertung von Chemikalien in der Umwelt eingesetzt werden kann.