Nachwuchspreis für Forschung zu gesundheitlichen Auswirkungen von Saharastaub

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Prof. Roland Seifert (links im Bild) überreicht den Rudolf-Buchheim-Preis der DGPT an Gerrit Bredeck (rechts im Bild). | Copyright: DGPT | Download

Wer kennt ihn nicht, den lästigen Wüstenstaub, der sich von Zeit zu Zeit auf Autos legt? Die derzeitigen Wüstenbildungstendenzen, die auch durch den Klimawandel bedingt sind, rücken die Auswirkungen des Wüstenstaubs auf die globale Luftqualität in den Fokus. Doch wie sieht es mit den gesundheitlichen Auswirkungen aus? Verschiedene Studien zeigen, dass während Episoden von Wüstenstaub vermehrt Atemwegserkrankungen auftreten. Auf molekularer Ebene konnten in diesem Zusammenhang Entzündungsprozesse und oxidativer Stress nachgewiesen werden. Außerdem wurde vermutet, dass der Multiproteinkomplex NLRP3 an der Aktivierung der Entzündungsreaktionen beteiligt ist.

Wüstenstaub kann aus verschiedenen Regionen kommen und besteht neben Quarz aus unterschiedlichen (Spuren von) Metallen, Sulfaten, Kieselerde sowie mikrobiellen Bestandteilen (z. B. Endotoxinen). Zudem kann er auf seinem Weg noch weitere Komponenten aufnehmen. Mehr als 50 Prozent des weltweiten Wüstenstaubs kommt aus der Sahara. Dennoch gibt es nur wenige Untersuchungen zu den Gesundheitsgefahren von Saharastaub. Hier setzt das Forschungsprojekt DUSTRISK an, das gemeinsam von mehreren Leibniz-Instituten und Partnern aus Cabo Verde durchgeführt wird, wo auch der Staub gesammelt wurde. Innerhalb dieses Projekts wurden zwei Studien in den wissenschaftlichen Fachzeitschriften Environment International und Particle and Fibre Toxicology veröffentlicht, für die Gerrit Bredeck, Doktorand in der Arbeitsgruppe von Dr. Roel Schins am IUF – Leibniz-Institut für umweltmedizinische Forschung, jetzt als Erstautor von der DGPT ausgezeichnet wurde. Neben der zunehmenden Bedeutung von Saharastaub wurde seine Arbeit ausgesucht, weil sie Einblicke in die Mechanismen der Entzündungsreaktion gibt, die Saharastaub auslöst. Er leistet damit einen Beitrag zur Toxikologie und schlägt eine Brücke von experimenteller zu klinischer Forschung, weil die Mechanismen eine hohe Relevanz für Lungenerkrankungen haben.

In der ersten Studie wurden in Flüssigzellkulturen einzelne Zelltypen (Lungen- und Immunzellen) untersucht, denen der Saharastaub zugesetzt wurde. Für die zweite Studie wurde ein Modell aus beiden Zelltypen an der Luft-Flüssigkeits-Grenzschicht etabliert. Dies ermöglichte eine realistischere Exposition: Die Zellen bilden einen Oberflächenfilm aus grenzflächenaktiven Substanzen und können aus der Luft mit dem Staub behandelt werden. Außerdem können die beiden Zelltypen interagieren. Die Studien zeigen, dass die mikrobiellen Bestandteile des Saharastaubs zu seiner schädigenden Wirkung auf die Zellen beitragen. Entzündungsfördernde Botenstoffe, sogenannte Zytokine, werden hochreguliert. Die Reaktionen werden über die NLRP3-Caspase-1-IL-1β-Achse vermittelt, was Gegenstand weiterer Untersuchungen sein wird. „Ich freue mich sehr über die Auszeichnung der DGPT und danke allen, die mich bei meiner Arbeit unterstützt haben“, so der Preisträger Gerrit Bredeck. „Da man Saharastaub nicht regulieren kann, möchten wir einen Beitrag dazu leisten, die Risikoabschätzung zu verbessern und Strategien zum Gesundheitsschutz zu identifizieren.“

Zur Person
Der Preisträger, Gerrit Bredeck promoviert an der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der HHU, seine Forschungsarbeiten führte er von 2020 bis 2024 am IUF durch. Bredeck studierte Pharmazeutische Chemie in Köln (Bachelor 2016) und Toxikologie an der HHU (Master 2019).

Der Preis
Der Rudolf-Buchheim-Preis wird als Auszeichnung von der Deutschen Gesellschaft für Experimentelle und Klinische Pharmakologie und Toxikologie e.V. (DGPT) verliehen, um besondere Leistungen des wissenschaftlichen Nachwuchses in der experimentell-pharmakologischen und toxikologischen sowie klinisch-pharmakologischen Grundlagenforschung, der angewandten Arzneimittelforschung und der Überleitung der Ergebnisse in die Praxis anzuerkennen und ihre weitere Entwicklung zu fördern. Der Preis ist nach Rudolf Buchheim, einem deutschen Mediziner und experimentellen Pharmakologen benannt, der die Pharmakologie als selbständiges medizinisch-biologisches Fach begründete. Der Preis ist mit 1000 Euro dotiert.

Das Projekt
Die Arbeiten zu den gesundheitlichen Auswirkungen von Saharastaub werden im Rahmen des Projekts DUSTRISK (A risk index for health effects of mineral dust and associated microbes) durchgeführt und von der Leibniz-Gemeinschaft im Leibniz-Wettbewerb in der Förderlinie „Kooperative Exzellenz“ gefördert. Am Projekt sind beteiligt: Das IUF – Leibniz-Institut für umweltmedizinische Forschung in Düsseldorf, das TROPOS – Leibniz-Institut für Troposphärenforschung in Leipzig, das Forschungszentrum Borstel – Leibniz Lungenzentrum und das Leibniz-Institut DSMZ – Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen in Braunschweig. Weitere Kooperationspartner sind das IUTA – Institut für Umwelt & Energie, Technik & Analytik in Duisburg sowie verschiedene Einrichtungen aus der Republik Cabo Verde vor der Westküste Afrikas, wo auch der Saharastaub für die Untersuchungen gesammelt wurde.
Link: https://www.tropos.de/forschung/grossprojekte-infrastruktur-technologie/verbundprojekte/dustrisk

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Kontakt
Christiane Klasen, Referentin des Institutsdirektors
IUF – Leibniz-Institut für umweltmedizinische Forschung GmbH
Auf’m Hennekamp 50
40225 Düsseldorf
E-Mail: info@IUF-Duesseldorf.de
Telefon: 0211 3389 216

Originalpublikation:
Bredeck G, Busch M, Rossi A, Stahlmecke B, Fomba KW, Herrmann H, Schins RPF: Inhalable Saharan dust induces oxidative stress, NLRP3 inflammasome activation, and inflammatory cytokine release. Environ Int 172: 107732, 2023. doi: 10.1016/j.envint.2023.107732

Link: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412023000053

Bredeck G, Dobner J, Stahlmecke B, Fomba KW, Herrmann H, Rossi A, Schins RPF: Saharan dust induces NLRP3-dependent inflammatory cytokines in an alveolar air-liquid interface co-culture model. Part Fibre Toxicol 20(1): 39, 2023. doi: 10.1186/s12989-023-00550-w

Link: https://particleandfibretoxicology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12989-023-00550-w