Newsletter 2/2022
Grüne Aspekte der Exposomforschung
Mit der Luft, die wir atmen, der Nahrung, die wir konsumieren, über unsere Haut und nicht zuletzt durch unseren Lebensstil: wir nehmen kontinuierlich Umweltstoffe auf. Das Exposom - die Gesamtheit aller nicht-genetischer, endogener und exogener Fremdstoffe - ist seit fünf bis zehn Jahren in den Fokus der Forschung gerückt. Das große Interesse rührt nicht zuletzt von der Erkenntnis, dass das Exposom mit seinen positiven wie auch negativen, bisweilen auch kombinatorischen Effekten, den Verlauf von Krankheiten, insbesondere auch die globale Verbreitung von chronischen Krankheiten, stark beeinflusst. Gleichzeitig gibt es heute die notwendigen hochauflösenden Verfahren der Massenspektrometrie und Bioinformatik, mit denen eine große Anzahl von Molekülen parallel gemessen werden können. Was aber hat die aufstrebende Exposomforschung mit Grüner Chemie zu tun?
Seit 2021 verfolgt die EU eine Zero-Pollution-Vision. Der EU-Aktionsplan mit den Zielen Schadstofffreiheit von Luft, Wasser und Boden setzt sich bis 2050 entsprechende Etappenziele. Das Vorhaben ist eine Antwort darauf, dass Umweltverschmutzung „die häufigste umweltbedingte Ursache für viele psychische und körperliche Erkrankungen und vorzeitige Todesfälle insbesondere bei Kindern, Menschen mit bestimmten Erkrankungen und älteren Menschen“ ist, so die Europäische Kommission.
Ein Ziel: die Luftqualität bis 2030 so zu verbessern, dass die Zahl der durch atmosphärische Schadstoffe verursachten vorzeitigen Todesfälle reduziert wird. Auch reduzierte Einträge von Mikroplastik in die Umwelt und eine bessere Wasserqualität stehen im Fokus.
Exposition per se klein halten
„Mit dem 2019 verabschiedeten EU Green Deal hat sich Europa verpflichtet, Umweltverschmutzung drastisch zu reduzieren. Der ’Zero-Pollution’-Aktionsplan wie auch die 2020 beschlossene Chemikalienstrategie für Nachhaltigkeit sind zentrale Ansätze der Politikgestaltung, um die Exposition des Menschen und der Umwelt mit potenziellen Schadstoffen von vornherein zu minimieren“, sagt der bioanalytische Chemiker und Exposomforscher Benedikt Warth von der Fakultät für Chemie der Universität Wien. Einen Beitrag dazu könnten neue Ansätze bei der chemischen Synthese leisten. Die möglichst „grüne“ Herstellung von pharmazeutischen Wirkstoffen oder von industriell nutzbaren Verbindungen und Materialien meint u.a., dass neuartige Synthesewege entwickelt werden, die zum einen dem Endprodukt nützlich sind, zum anderen aber auch möglichst wenige chemische Nebenprodukte im Rahmen ihrer Synthese produzieren. Es geht um die Vermeidung von Abfällen, um die Nutzung weniger toxischer chemischer Verbindungen und um eine reduzierte Anzahl von Reaktionsschritten innerhalb der Synthese (O. Kharissova et al., 2019).
Grüne Toxikologie
Dem Ziel, den Menschen von vornherein möglichst wenig chemischen Fremdstoffen auszusetzen, spielt auch die „Grüne Toxikologie“ in die Hände: Ihr Anliegen ist es, chemische Verbindungen möglichst frühzeitig durch Methoden ohne Tierversuche zu überprüfen, etwa unter Nutzung von In-vitro- und In-silico-Technologien bei der Toxizitätsvorhersage. „Die Zukunft der Toxizitätsvorhersage ohne Tierversuche liegt in der verbesserten Erstellung, Verwaltung und Nutzung von Big Data, um die Abdeckung des chemischen Raums zu optimieren sowie in einem besseren Verständnis der mechanistischen und biologischen Stoffwechselwege, die in die Vorhersageinstrumente integriert werden können“, heißt es in einem Beitrag von Johanna Krebs et al. in „Chemical Research in Toxicology“ aus dem Jahr 2020.
Exposom und Gesundheitsprävention
Die Belege für den Einfluss des Exposoms auf die Gesundheit mehren sich, die Zahlen sind bisweilen besorgniserregend: Laut einer jüngst veröffentlichten Studie über die weltweite Sterblichkeit und den Grad der Umweltverschmutzung sterben jedes Jahr schätzungsweise 9 Millionen Menschen an den Folgen von Umweltverschmutzung aller Art. Chronische Krankheiten sind heute weltweit die am meisten verbreitete Ursache dafür, dass Menschen erkranken und sterben. Laut Weltgesundheitsorganisation sind chronische Krankheiten, inklusive Herzerkrankungen, Krebs, Diabetes und chronische Lungenerkrankungen, für zwei Drittel die Ursache für Todesfälle, die durch Umweltbelastungen hervorgerufen wurden.
Den Einfluss von Fremdstoffen wie etwa Umweltkontaminanten, Lebensmittelinhaltsstoffe, Medikamente und Weichmacher auf die Gesundheit möchte die in Österreich jüngst gestartete und groß angelegte Forschungsinitiative Exposome Austria untersuchen. Die als nationaler Knotenpunkt von EIRENE, einer europäischen ESFRI-Großforschungsinfrastruktur, aufgesetzte Infrastruktur wird von der Fakultät für Chemie der Universität Wien koordiniert und mit den Medizinischen Universitäten Wien und Innsbruck sowie dem Umweltbundesamt als Gründungsmitglieder umgesetzt. Weitere strategische Allianzen umfassen die BBMRI.at Forschungsinfrastruktur (der österreichische Knotenpunkt der gesamteuropäischen „Biobanking and Biomolecular Resources Research Infrastructure“), Langzeit-Ökosystemforschung eLTER sowie das Wiener Start-up-Unternehmen ISOtopic Solutions. Die Beteiligung von Exposome Austria an der europäischen Forschungsinitiative EIRENE wurde durch das Engagement der beteiligten Partner sowie des Bundesministeriums für Bildung, Wissenschaft und Forschung und des Bundesministeriums für Klimaschutz ermöglicht.
„Um zu verstehen, welche Umwelteinflüsse das Potenzial haben uns krank zu machen, ist ein transdisziplinärer Ansatz, der die Grüne Chemie miteinschließt, unerlässlich. Durch innovative Technologie und die zunehmende Vernetzung der verschiedenen Stakeholder in Österreich ergeben sich hier aktuell völlig neue Perspektiven“, sagt Benedikt Warth, nationaler Koordinator von Exposome Austria, welches Ende Mai in Anwesenheit von hochrangigen Vertreter:innen der beteiligten Partner und Ministerien feierlich gelauncht wurde.
Rückblick – Exposome Launch Event (Webseite Universität Wien)
Quellen:
Greener synthesis of chemical compounds and materials; Oxana V. Kharissova et al., Royal Society Open Science 2019.
Green Toxicology: Connecting Green Chemistry and Modern Toxicology; Johanna Krebs et al.,Chem. Res. Toxicol. 2020, 33, 12, 2919–2931.
Pollution and health: a progress update; Richard Fuller et al., The Lancet Planetary Health, 2022.
Preventing noncommunicable diseases (NCDs) by reducing environmental risk factors, WHO 2017.