Diclo im Wasser: Forscher entschlüsseln Abbaumechanismus

Berlin -

Rückstände des häufig genutzten Analgetikums Diclofenac belasten die Umwelt und können trotz moderner Klärtechniken nicht entfernt werden. Bislang war der Abbaumechanismus der Substanz im Boden unbekannt. Forscher haben nun erstmals gezeigt, wie Diclofenac zersetzt werden kann und was den Abbau behindert. Das berichtet die Arbeitsgruppe um Professor Dr. Bernhard Hauer vom Institut für Biochemie und Technische Biochemie der Universität Stuttgart im Fachjournal „Environmental Technology & Innovation“.

Diclofenac ist ein weit verbreitetes Arzneimittel, das nach hepatischer Metabolisierung (Hydroxylierung und Konjugation) zu etwa 70 Prozent renal eliminiert wird. Der große Teil der pharmakologisch unwirksamen Metabolite gelangt so durch natürliche Ausscheidungen ins Abwasser. Bislang gibt es keine Techniken, um diese Moleküle abzubauen und aus dem Lebensraum von Mensch und Tier zu eliminieren.

In Laborexperimenten konnten Wissenschaftlern an der Universität Stuttgart nun erstmalig den Abbau von Diclofenac in Bodenproben zeigen. Sie fanden heraus, dass für den Verbleib der Substanz in der Umwelt natürliche mikrobielle Gemeinschaften in Boden und Wasser eine Schlüsselrolle spielen. Die Studie demonstriert, dass der Zerfall durch eine Carboxylierung eingeleitet wird, da im Verlauf des vollständigen Abbaus ein carboxyliertes Diclofenac-Intermediat durch hochempfindliche instrumentellen Analysemethoden isoliert und identifiziert werden konnte. Die Einführung einer Carboxylgruppe ist eine außergewöhnliche Reaktion in der Natur. Den Forschern zufolge könnte das carboxylierte Diclofenac ein Schlüsselzwischenprodukt sein, um einen vollständigen biologischen Abbau des Schmerzmittels über 2,6-Dichloranilin und carboxylierte 2-Hydroxyphenylessigsäure durch bestimmte Mikroorganismen zu ermöglichen.

Ein weiteres Ergebnis der Untersuchung: Carbonate und Phosphate behindern offenbar den Abbau von Diclofenac. Diese Substanzen sind auch problematisch, da sie ebenfalls in nennenswerten Mengen in Abwässern zu finden sind. Die Stuttgarter Forscher wollen in weiteren Arbeiten die gefundene Reaktion biochemisch verstehen und analysieren, ob sie auch auf andere Arzneistoffe anwendbar ist. Die Erkenntnisse könnten dazu beitragen, die Umwelt von Medikamentenrückständen zu befreien.

Nach Angaben des Umweltbundesamts wurden bislang etwa 150 verschiedene Arzneimittelwirkstoffe in der Umwelt, vor allem in Gewässern, nachgewiesen. Hier werden für viele Wirkstoffe regelmäßig Konzentrationen im Bereich von 0,1 bis 1 µg/l, in seltenen Fällen aber auch mehr gemessen. Spuren von Arzneimitteln finden sich auch im Trinkwasser. Sie stellen zwar für die menschliche Gesundheit kein Risiko dar, können aber das Ökosystem stören. Für viele Medikamente ist das Ausmaß der Umweltrisiken wegen fehlender Daten zur Wirkung und Langzeituntersuchungen nicht genau zu beurteilen.

Für einige Wirkstoffe sind die schädlichen Auswirkungen auf Lebewesen in der Umwelt allerdings bereits klar belegt. Dazu gehört auch Diclofenac, das Leber und Niere der Fische schädigt. Weiterhin beeinträchtigt 17α-Ethinylestradiol, das in oralen Kontrazeptiva zu finden ist, bereits in einer sehr niedrigen Konzentration die Reproduktion von Fischen. Außerdem hemmen Antibiotika das Wachstum von Algen und Pflanzen.

Bislang müssen Pharmaunternehmen nur für neu zuzulassende Arzneimittel Unterlagen zur Umweltrisikobewertung vorlegen. Dadurch liegen für bekannte Arzneimittel, die seit Jahrzehnten appliziert werden, keine Daten diesbezüglich vor. Aber auch nach der Zulassung erfolgt bisher keine systematische Erhebung von Daten zu Arzneimittelrückständen in der Umwelt und zu möglichen negativen Effekten. Das Umweltbundesamt erachtet es daher für erforderlich, dass besonders umweltrelevante Arzneimittel auch nach der Zulassung überwacht werden. Deshalb fordern die Umweltexperten, dass das System der Pharmakovigilanz um den Umweltbereich ergänzt wird.