Antibiotika im Piracicaba River: Chloramphenicol, Salvinia auriculata und Risiken in Brasilien

In einer Region Brasiliens transportiert ein Fluss, der für Alltag und Ernährung der Menschen vor Ort zentral ist, zugleich Spuren von etwas Unerwartetem: Antibiotika.

Diese Medikamente werden täglich eingesetzt, um Infektionen bei Menschen und Tieren zu behandeln – doch sie bleiben nicht immer dort, wo sie hingehören. Über Abwässer, landwirtschaftliche Abschwemmungen und Aquakultur können sie in Gewässer gelangen.

Mit der Zeit reichern sich solche Stoffe an. Und sobald das passiert, wirken sich die Folgen auf das gesamte Ökosystem aus.

Wie sich Antibiotika in Flusssystemen anreichern

Bei Untersuchungen des Piracicaba River wiesen Forschende Rückstände mehrerer verbreiteter Antibiotika nach – nicht nur im Wasser, sondern auch in Sedimenten und sogar in Fischen. Dabei zeigte sich kein gleichbleibendes Bild über das Jahr hinweg.

Geleitet wurde die Forschung von Patrícia Alexandre Evangelista am Zentrum für Nuklearenergie in der Landwirtschaft der Universität São Paulo.

„Die Ergebnisse zeigten ein klares Muster saisonaler Schwankungen. Während der Regenzeit lagen die Konzentrationen der meisten Antibiotika unterhalb der Nachweisgrenzen. In der Trockenzeit hingegen, wenn das Wasservolumen abnimmt und sich Verunreinigungen konzentrieren, wurden unterschiedliche Verbindungen nachgewiesen“, sagte Evangelista.

Eine zentrale Rolle spielte das Flussbett: Sedimente mit hohem Anteil organischer Substanz wirkten wie eine Art Speicher, der die Verbindungen festhält.

Damit wird die Belastung nicht einfach „durchgespült“. Unter passenden Bedingungen kann sie verbleiben – und später wieder in den Kreislauf zurückkehren.

Verbotenes Antibiotikum in lokalen Fischen nachgewiesen

Im Mittelpunkt stand ein Flussabschnitt in der Nähe eines Staudamms, an dem sich Schadstoffe aus dem gesamten Einzugsgebiet sammeln. Beprobt wurden Wasser und Sediment sowie ein kleiner, lokal verbreiteter Fisch, der in der Region häufig gegessen wird.

„Eines der wichtigsten Ergebnisse der Studie war der Nachweis von Chloramphenicol in Lambari-Fischen (Astyanax sp.), die von lokalen Fischern in der Region Barra Bonita gesammelt wurden“, sagte Evangelista.

„Chloramphenicol ist ein Antibiotikum, dessen Einsatz in der Nutztierhaltung in Brasilien gerade wegen der mit seiner Toxizität verbundenen Risiken verboten ist.“

In der Trockenzeit tauchte dieses Antibiotikum im Fisch in Mengen auf, die im Bereich von mehreren zehn Mikrogramm pro Kilogramm lagen. Weil der Fisch breit konsumiert wird, ergibt sich daraus ein möglicher Aufnahmepfad für Menschen über Lebensmittel.

Kann eine schwimmende Pflanze helfen?

Ein Teil der Untersuchung widmete sich einer Pflanze, die viele normalerweise eher übersehen – oder sogar entfernen würden. Salvinia auriculata treibt auf der Wasseroberfläche, wächst schnell und gilt oft als lästig. Sie könnte jedoch auch einen Nutzen haben.

In kontrollierten Versuchen nahm die Pflanze Antibiotika aus dem Wasser auf – allerdings je nach Wirkstoff unterschiedlich stark.

„Die Ergebnisse zeigten die hohe Effizienz von Salvinia bei der Entfernung von Enrofloxacin. Bei Behandlungen mit höherer Pflanzenbiomasse wurden innerhalb weniger Tage mehr als 95% des Antibiotikums aus dem Wasser entfernt. Die Halbwertszeit der Verbindung sank auf etwa zwei bis drei Tage“, sagte Evangelista.

„Im Fall von Chloramphenicol war die Entfernung langsamer und nur teilweise. Die Pflanze konnte 30% bis 45% des Antibiotikums aus dem Wasser entfernen, bei Halbwertszeiten von 16 bis 20 Tagen – was auf eine höhere Persistenz der Verbindung in der Umwelt hinweist.“

Der grösste Teil der aufgenommenen Stoffe fand sich in den Wurzeln der Pflanze. Das deutet darauf hin, dass die Wurzeln wie Filter wirken und Substanzen aus dem Wasser herausziehen.

Wasserreinigung mit Pflanzen

Wasser mit Pflanzen zu reinigen klingt wie eine einfache Lösung. In der Praxis ist es das nicht.

Selbst wenn die Pflanze die Antibiotikakonzentration im Wasser senkte, nahmen Fische nicht in jedem Fall weniger auf. Teilweise stieg die Aufnahme sogar. Eine mögliche Erklärung: Die Pflanze kann die chemische Form der Verbindungen verändern, wodurch sie für Fische leichter verfügbar werden.

„Das zeigt, dass der Einsatz von Pflanzen als ‚Schwämme‘ für Schadstoffe keine triviale Angelegenheit ist. Die Anwesenheit der Makrophyte verändert das gesamte System, einschliesslich der Art und Weise, wie der Organismus mit dem Schadstoff in Kontakt kommt“, merkte Evangelista an.

Ausserdem stellten die Forschenden fest, dass ein Antibiotikum – Chloramphenicol – deutlich länger im Fisch verbleibt als andere. Im Organismus lag die Halbwertszeit bei mehr als 90 Tagen, und es zeigte sich eine ausgeprägte Neigung zur Anreicherung in Geweben.

Antibiotika mit DNA-Schäden in Verbindung gebracht

Neben Nachweis und Anreicherung untersuchte das Team auch die biologische Wirkung. Dafür analysierten sie genetische Schäden bei Fischen, die diesen Substanzen ausgesetzt waren.

Erneut stach Chloramphenicol heraus: In den Blutzellen der Fische nahm die DNA-Schädigung zu. War die Pflanze im System vorhanden, ging diese Schädigung wieder näher an Normalwerte heran.

Bei einem weiteren Antibiotikum, Enrofloxacin, zeigte die Pflanze dagegen kaum Wirkung, um diese Effekte zu reduzieren.

„Unsere Interpretation ist, dass die Pflanze im Fall von Chloramphenicol möglicherweise weniger genotoxische Nebenprodukte erzeugt oder antioxidative Verbindungen in die Rhizosphäre abgibt und so den oxidativen Stress bei den Fischen verringert“, sagte Evangelista.

„Enrofloxacin hingegen ist chemisch stabiler und kann persistente und potenziell toxische Metaboliten bilden, deren Wirkung durch die Makrophyte nicht neutralisiert wird.“

Ein breiteres Umweltproblem

Antibiotika in der Umwelt betreffen nicht nur Fische. Sie können auch Bakterien beeinflussen und Resistenzen begünstigen – damit reicht das Thema weit über einen einzelnen Fluss hinaus.

„Die Studie zeigt, dass das Problem real, messbar und komplex ist. Und jede Strategie zu seiner Bewältigung muss nicht nur die Entfernung des Schadstoffs berücksichtigen, sondern auch seine biologischen und ökologischen Auswirkungen“, sagte Evangelista.

Der Mitautor der Studie, Valdemar Luiz Tornisielo, ordnete die Ergebnisse in einen grösseren Zusammenhang ein.

„Der Nachweis von Antibiotikarückständen im Wasser, in Sedimenten und in Fischen des Piracicaba River zeigt, wie schädlich menschliche Aktivitäten sein können. Die Resistenz von Mikroorganismen gegenüber Antibiotika kann zur Entstehung von Superkeimen in der Umwelt führen“, sagte Tornisielo.

„Die Forschung lieferte positive Ergebnisse mit kostengünstigen Umweltlösungen und ermöglichte ein besseres Verständnis des integrierten Funktionierens aquatischer Ökosysteme sowie den Einsatz wirksamer natürlicher Techniken zur Minderung von Auswirkungen.“

Das Gesamtbild der Flussverschmutzung

Die Resultate sprechen nicht für eine einzelne, universelle Lösung. Stattdessen zeigen sie ein System, in dem menschliche Einflüsse, natürliche Prozesse und biologische Reaktionen auf komplizierte Weise ineinandergreifen. Eine Pflanze kann entlasten – zugleich kann sie aber auch verändern, wie sich Schadstoffe verhalten.

Wer diese Art von Verschmutzung steuern will, muss das gesamte Bild berücksichtigen: den Einsatz von Arzneimitteln, die Abwasserbehandlung und die Frage, wie Ökosysteme über längere Zeiträume reagieren.

Der Fluss fliesst weiter. Was er mitführt – und was im System zurückbleibt – hängt von Entscheidungen ab, die weit entfernt von seinen Ufern getroffen werden.

Die vollständige Studie wurde in der Fachzeitschrift Environmental Sciences Europe veröffentlicht.