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Effekte von Silber-Nanopartikeln auf Nahrungsketten und Umweltprozesse

 

Silbernanopartikel werden aufgrund ihrer antimikrobiellen Wirkung häufig in kommerziellen oder medizinischen Produkten eingesetzt und können bei der Anwendung dieser Produkte in die Umwelt gelangen. Dieses Projekt untersuchte den Einfluss der Partikel auf verschiedene aquatische mikrobielle Lebensgemeinschaften.

Hintergrund (abgeschlossenes Forschungsprojekt)

Silber wirkt toxisch auf Bakterien, ist aber für den Menschen ungefährlich. Die Kombination dieser Eigenschaften macht Silbernanopartikel zu den Nanomaterialien, die gegenwärtig häufig kommerziell und medizinisch eingesetzt werden. Beim Gebrauch dieser Produkte gelangen die Silbernanopartikel über das Abwasser in die Umwelt. Hier birgt ihre antimikrobielle Wirkung ein Risiko für Lebensgemeinschaften, die von Mikroorganismen dominiert werden. Renata Behra und ihr Team untersuchten die Auswirkungen von Silbernanopartikeln auf zwei verschiedene Biofilme, die von einer gesunden mikrobiellen Gemeinschaft abhängig sind. Das erste System wird von laubzersetzenden Pilzen dominiert, die mit Bakterien interagieren. Das zweite System ist aus Algen und weiteren Mikroorganismen zusammengesetzt. Beide Gemeinschaften produzieren eine beträchtliche Menge an Biomasse, von denen sich weitere Wasserorganismen wie Garnelen oder Schnecken ernähren. Das Projekt untersuchte die Auswirkungen von Silbernanopartikeln auf die ökologischen Funktionen an denen diese Systeme beteiligt sind. Weiter wurde analysiert, ob die Silbernanopartikel das Zusammenleben zwischen Bakterien mit Pilzen oder Algen beeinflussen und in welchem Ausmass die Silbernanopartikel über die Nahrungskette in höher entwickelte Lebewesen gelangen. Schlussendlich untersuchten Renata Behra und ihr Team auch die Effekte von sulfidierten Silbernanopartikeln auf Biofilme. Diese Experimente basierten auf den Erkenntnissen des NFP 64 Projekts von Ralf Kaegi die zeigten, dass Silbernanopartikel im Abwasser sehr rasch mit Sulfiden reagieren.

Resultate

Die Untersuchungen zeigten, dass die Silbernanopartikel in beiden Biofilmen verschiedene ökologische Prozesse sowie die Artenzusammensetzung beeinträchtigten. Die Partikel sammelten sich in Biofilmen an und wurden von Garnelen und Schnecken aufgenommen, wodurch ihr Verhalten und ihre Reproduktion beeinträchtigt wurden. Dies bestätigt die Rolle von Biofilmen als wichtige Eintrittspforte von Nanopartikeln in die Nahrungskette und zeigt, dass Silbernanopartikel sowohl einen direkten als auch einen indirekten Effekt auf Wasserökosysteme haben. Einige dieser Effekte konnten in den Experimenten mit gelöstem Silber nicht beobachtet werden und sind damit spezifisch auf die Nanopartikel zurückzuführen. Weiter konnte das Team von Renata Behara zeigen, dass Silbernanopartikel, die sich mit Sulfiden verbinden, keine toxischen Effekte auf Biofilme haben. Damit bestätigen die Resultate von Renata Behra die Erkenntnisse aus dem Projekt von Ralf Kaegi: die Sulfidisierung von Silbernanopartikeln im Abwasser stellt einen wichtigen Prozess dar, die Toxizität von Silbernanopartikeln entscheidend zu reduzieren.

Bedeutung

Dieses Projekt präsentiert Methoden, um den Einfluss von Nanopartikeln auf verschiedene Ökosysteme zu untersuchen und zeigt wichtige Wege auf, wie Silbernanopartikel über Mikroorganismen in Nahrungsketten gelangen und so einen indirekten Effekt auf Ökosysteme haben können.

Originaltitel

Silver nanoparticle effects on simple stream food webs and ecosystem processes

Projektleitung

  • Dr. Renata Behra

Weitere Gesuchstellende

  • Dr. Ralf Kägi
  • Dr. Andreas Voegelin

 

 

Weitere Informationen zu diesem Inhalt

 Kontakt

Dr. Renata Behra Umwelttoxikologie UTOX
EAWAG
Überlandstrasse 133
Postfach 611
8600 Dübendorf +41 44 823 51 72 renata.behra@eawag.ch