Insektizide und Abbauprodukte

Neonicotinoide beeinflussen menschliche Neurone

Ein Forschungsteam hat den Einfluss von Neonicotinoiden und insbesondere eines Abbauprodukts auf menschliche Neurone mit Hilfe eines Zellmodells untersucht.

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 haben gemeinsam mit der Universität Konstanz und anderen kürzlich ihre Forschungsergebnisse publiziert: Sie berichten, dass Neonicotinoide, ähnlich wie das in der Tabakpflanze enthaltene Nikotin, menschliche Neurone funktionell beeinflussen.

Blick in ein parallelisiertes Hochdurchsatz-Messgerät zur dynamischen Echtzeit-Messung intrazellulärer Calcium-Konzentrationen. © NMI

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 eine schädliche Wirkung haben können.

Anzeige

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 mehrerer 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 vergleichbar mit Nikotin

Forschende des NMI fanden jüngst mit Hilfe von 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 humane Neuronenmodell messbar. „Weitere Effekte auf die neuronale Entwicklung sind nicht auszuschließen, müssen allerdings noch erforscht werden“ bestätigte Kraushaar.

Förderung des Forschungsprojekts

Das NMI Naturwissenschaftliche und Medizinische Institut in Reutlingen ist eine außeruniversitäre Forschungseinrichtung und betreibt anwendungsorientierte Forschung an der Schnittstelle von Bio- und Materialwissenschaften. Die hier vorgestellte 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/s00204-021-03168-z

Quelle: NMI

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige

Neurobiologie

Zell-Katalog zu retinalen Ganglienzellen

Retinale Ganglienzellen (RGCs) sind das Nadelöhr, durch das alle Eindrücke des Sehens auf ihrem Weg von der Netzhaut zum Gehirn fließen. Ein Team des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie, der University of California Berkeley und der Harvard...

mehr...
Anzeige
Anzeige

Nervenzellen sichtbar gemacht

Kartierung des Kleinhirns

Das menschliche Kleinhirn beherbergt auf 10 Prozent des Gehirnvolumens etwa 80 Prozent aller Nervenzellen – auf einen Kubikmillimeter können also über eine Million Nervenzellen entfallen. Ihre genauen Positionen und Nachbarschaftsbeziehungen sind...

mehr...
Anzeige

Zellbiologie

Wie wachsen Nervenzellen im All?

Wie entwickelt sich der erste im Weltall geborene Mensch? Was wie eine Frage aus einem Science-fiction-Roman klingt, ist Hintergrund eines aktuellen Forschungsprojekts der Universität Hohenheim in Stuttgart.

mehr...
Anzeige
Anzeige
Anzeige

Newsletter bestellen

Immer auf dem Laufenden mit dem LABO Newsletter

Aktuelle Unternehmensnachrichten, Produktnews und Innovationen kostenfrei in Ihrer Mailbox.

AGB und Datenschutz gelesen und bestätigt.
Zur Startseite