Luftverschmutzung kann die menschliche Gesundheit durch Bakterienveränderungen in den Atemwegen beeinträchtigen

Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass die Luftverschmutzung durch Veränderung der Bakterien Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben kann. Es zeigt, dass Ruß, ein Hauptbestandteil der Luftverschmutzung, dramatisch verändert, wie Bakterien wachsen und Biofilme bilden, die ihr Überleben in der Auskleidung der Atemwege und ihre Resistenz gegen Antibiotika beeinflussen können.
Die Forscher fanden heraus, dass die Exposition gegenüber schwarzem Kohlenstoff die Zusammensetzung und Struktur von Biofilmen von Bakterien verändert, die die Atemwege infizieren. Dieses Bild zeigt Streptococcus pneumoniae mit schwarzem Kohlenstoff.
Bildnachweis: University of Leicester

Die Studie - von Forschern der University of Leicester in Großbritannien - wird in der Zeitschrift veröffentlicht Umweltmikrobiologie.

Das Team schlägt vor, dass die Arbeit wichtige Auswirkungen auf die Behandlung von Infektionskrankheiten haben könnte, von denen bekannt ist, dass sie häufiger in Orten mit hoher Luftverschmutzung auftreten.

Die Erstautorin Julie Morrissey, Assistenzprofessorin für mikrobielle Genetik, sagt, dass die Ergebnisse zeigen, "dass die Bakterien, die Atemwegsinfektionen verursachen, von der Luftverschmutzung betroffen sind und möglicherweise das Infektionsrisiko und die Wirksamkeit der antibiotischen Behandlung dieser Krankheiten erhöhen."

Laut der Weltgesundheitsorganisation (WHO) ist die Luftverschmutzung der größte Umweltrisikofaktor für menschliche Krankheiten. Sie schätzen, dass 2012 etwa 1 von 8 Todesfällen weltweit auf die Luftverschmutzung zurückzuführen war.

Eine aktuelle Analyse bestätigt auch, dass 92 Prozent der Weltbevölkerung an Orten leben, an denen die Luftqualität die WHO-Grenzwerte überschreitet.

Auswirkungen von schwarzem Kohlenstoff auf Bakterien "schlecht verstanden"

Der Zusammenhang zwischen Feinstaub und der menschlichen Gesundheit ist gut belegt. Die neue Studie befasst sich mit Ruß - einem Hauptbestandteil von Feinstaub, der bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Diesel, Biomasse und Biokraftstoffen entsteht.

Zum Beispiel haben Studien gezeigt, dass die Exposition gegenüber schwarzem Kohlenstoff mit kardiopulmonalen Erkrankungen und Todesfällen verbunden ist, und dass schwarzer Kohlenstoff ebenfalls eine Krankheit verursachen kann, indem er eine Vielzahl von Chemikalien mit variierender Toxizität in den menschlichen Körper transportiert.

Prof. Morrissey und Kollegen stellen jedoch fest, dass die Auswirkungen von schwarzem Kohlenstoff auf Bakterien, "Organismen, die für Ökosysteme in Menschen und in der natürlichen Umwelt von zentraler Bedeutung sind, kaum verstanden werden".

Für ihre Studie untersuchten sie, wie schwarzer Kohlenstoff Bakterien im Atemtrakt - also Nase, Rachen und Lunge - beeinflusst.

Sie konzentrierten sich auf zwei Bakterien, die Hauptursachen für Atemwegserkrankungen beim Menschen sind und eine hohe Resistenz gegenüber Antibiotika aufweisen: Staphylococcus aureus und Streptococcus pneumoniae. Beide dieser Bakterien sind in der globalen Liste der WHO mit 12 prioritären Pathogenen.

Die Exposition gegenüber schwarzem Kohlenstoff verändert Biofilme

Die Forscher fanden heraus, dass schwarzer Kohlenstoff die antibiotische Toleranz von S. aureus Biofilme und erhöhte die Fähigkeit von S. pneumoniae Biofilme gegen Penicillin, das Medikament zur Behandlung von bakterieller Lungenentzündung.

Biofilme entstehen, wenn Bakterienzellen an Oberflächen haften und Gemeinschaften bilden, die durch eine schleimige, kleberartige Substanz zusammengehalten werden, mit der sie sich ausscheiden und umgeben. Diese Oberflächen können lebendes Gewebe umfassen, beispielsweise von Herz und Lunge.

Einmal etabliert, verursachen Biofilme hartnäckige Infektionen, die schwer zu behandeln sind und extrem resistent gegen Antibiotika sind, sobald sie chronisch werden.

Die Forscher stellen fest, dass ihre Ergebnisse zeigen, dass "die Exposition gegenüber schwarzem Kohlenstoff strukturelle, kompositionelle und funktionelle Veränderungen in den Biofilmen von beiden auslöst S. pneumoniae und S. aureus."

Schließlich fanden sie in Tests an Mäusen auch, dass schwarzer Kohlenstoff verursacht S. pneumoniae von der Nase in die unteren Atemwege zu verbreiten - ein wichtiger Schritt in der Entwicklung von Krankheiten.

Sie kommen zu dem Schluss, dass ihre Studie "hervorhebt, dass Luftverschmutzung eine signifikante Wirkung auf Bakterien hat, die weitgehend übersehen wurde".

"Unsere Forschung könnte ein völlig neues Verständnis davon eröffnen, wie sich Luftverschmutzung auf die menschliche Gesundheit auswirkt. Sie wird zu einer Verbesserung der Forschung führen, um zu verstehen, wie Luftverschmutzung zu schweren Atemwegsproblemen führt und die für das Leben notwendigen Umweltzyklen stört."

Prof. Julie Morrissey

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