Konserviert und archiviert

Seit 2011 ist das Fraunhofer IBMT für die Probenbank verantwortlich. Während des Zweiten Weltkriegs diente der Bunker der deutschen Wehrmacht als Sanitätsdepot, dann stand er lange leer. Der Umbau zu einer Forschungseinrichtung der biologischen Sicherheitsstufe 2 dauerte mehrere Monate: Zahlreiche Zwischenwände teilen den Bunker heute in einen Flur, eine Schleuse zum Anlegen der Sicherheitskleidung, den Kontrollraum sowie den eigentlichen Lagerraum.

Die größte Herausforderung bestand darin, die Feuchtigkeit loszuwerden: Die Wände des Bunkers sind etwa zwei Meter dick – stark genug, um einem Flugzeugabsturz standzuhalten und die Proben gegen kosmische Strahlung abzuschirmen. Doch diese dicken Mauern haben ihren Preis: Die meiste Zeit des Jahres ist es im Bunker kühler als draußen. Sobald warme Luft in das Gebäude eindringt, kondensiert sie, gefriert als Schnee an der Außenseite der Kryotanks und kann diese womöglich beschädigen. Ein Luftentfeuchter brummt nun rund um die Uhr.

Eiskaltes Archiv

Lermen setzt einen Gesichtsschutz auf und klettert auf eine mobile Plattform, die er zuvor an einen der Kryotanks geschoben hat. Als er den Deckel des Zylinders anhebt, kriecht sofort schlohweißer Nebel aus der Öffnung und fällt auf den Betonboden. Lermen greift mit Spezialhandschuhen in den Tank und hebt ein Probenrack mit 130 Ampullen heraus. „Alle Tanks sind mit etwa 160 Liter flüssigem Stickstoff gefüllt. Die Proben lagern in der Gasphase, also in der Schicht darüber. Der Stickstoff kühlt sie auf etwa minus 160 Grad Celsius“, so Lermen. „Nur bei extremen Temperaturen können wir sicherstellen, dass die Proben unverändert bleiben. Das garantiert die Langlebigkeit unseres Archivs.“ Nach ein paar Augenblicken senkt er die Ampullen wieder und schließt den Deckel.

Was es bedeutet, wenn die Kühlung länger unterbrochen wird, mussten Forschende am Karolinska-Institut in Stockholm Ende 2023 feststellen: Über die Weihnachtsfeiertage fiel das Kühlsystem zahlreicher Kryotanks in der weltweit ältesten Biobank – hier stammen die Daten teils schon aus den 60er Jahren – aus. Der Defekt wurde erst nach fünf Tagen bemerkt, einen Tag, nachdem die systeminterne Notfallkühlung keine Reserven mehr hatte. Viele klinische Langzeitreihen sind nun unbrauchbar, ganze Experimente nutzlos. Die Institutsleitung beziffert den Schaden auf etwa 45 Millionen Euro. Schon in der Vergangenheit hatte es Probleme mit der SMS-basierten Alarmübermittlung gegeben, die für solche Notfälle eingerichtet worden war.

In Münster sei so ein Zwischenfall unwahrscheinlich. Erstens könnten die Kryotanks ihre niedrige Temperatur auch bei einem Ausfall des Kühlmittels zehn bis 14 Tage halten, so Lermen. „Außerdem werden bei einem Alarm keine SMS versandt. Wir sind an eine Notrufleitstelle gekoppelt, die uns bei jedem noch so geringen Alarm per Mail und zusätzlich telefonisch kontaktiert. Und die ruft so oft an, bis jemand den Alarm quittiert hat.“

Weltweit gibt es etwa zwei Dutzend Umweltprobenbanken: neben Skandinavien auch in Frankreich, Japan und den USA. Das deutsche Archiv ist in der Qualität und Konstanz der Datenerhebung einmalig. Während einige Probenbanken eher opportunistisch arbeiten – wird etwa ein toter Otter oder Wal an Land gespült, landen diese Proben im Archiv –, folgt das UBA einem strengen Protokoll. „Wir nutzen seit über drei Jahrzehnten die gleichen standardisierten Probenahme- und Lagerungsmethoden. Das macht unsere Daten vergleichbar und ermöglicht uns sichere Vorhersagen“, sagt Marike Kolossa-Gehring. Die Forscherin arbeitet seit 33 Jahren beim UBA und leitet den Human-Teil der Umweltprobenbank.

Die Proben stammen allesamt von Studierenden, die zwischen 20 und 29 Jahre alt sind und sich freiwillig in den Dienst der Wissenschaft stellen – laut Kolossa-Gehring eine bewusste Auswahl. Studierende seien bestimmten Substanzen noch nicht in dem Maße ausgesetzt wie Berufstätige. „Wir gehen davon aus, dass sich manche Stoffe mit zunehmendem Alter stärker im menschlichen Körper ansammeln. Sollten wir sie bereits bei Studierenden in gesundheitsgefährdenden Konzentrationen finden, wissen wir: Diese Stoffe müssen wir ganz genau im Blick behalten und der Politik und Industrie gegenüber womöglich Handlungsempfehlungen aussprechen“, sagt die Expertin. Die Umweltprobenbank dient jedoch nicht nur als Frühwarnsystem sondern auch zur Kontrolle. Mit den Analysen lässt sich feststellen, ob Verbote und Regulierungen bestimmter Stoffe Wirkung zeigen.

Im mobilen Labor

Ortswechsel – von Münster nach Ulm. Einmal im Jahr werden hier auf einem Parkplatz nahe des Universitätsklinikums Proben gesammelt. Was nach fragwürdigem Provisorium klingt, ist moderner Forschungsstandard. Seit 2013 arbeitet das IBMT in einem maßgeschneiderten mobilen Labor. Zwei Blutentnahmestationen, zahlreiche In-situ-Analysegeräte, ein mobiler Kryotank und ein Raum für die Büroarbeit befinden sich in dem umgerüsteten Lkw. Wenn dessen Seitenwände ausgefahren sind, haben sechs Mitarbeitende in einem abgeschirmten Labor ausreichend Platz, um direkt vor Ort mit den Analysen zu beginnen. Mehrere Millionen Euro kostet so ein Lastwagen. Er ist die Gewährleistung, dass die Entnahme, Analyse und Konservierung an allen vier Forschungsorten – Ulm, Greifswald, Halle und Münster – schnell und standardisiert ablaufen kann.

Anjuli Weber hat von der Umweltprobenbank über den Mailverteiler der Universität Ulm erfahren. „Als Medizinstudentin war ich natürlich neugierig und wollte mehr über das Projekt und auch den Zustand meines Körpers erfahren“, sagt sie. Alle Teilnehmenden erhalten am Ende des Jahres einen Auszug aus ihren Testergebnissen.

In einem Container neben dem Lkw geht Weber zunächst mit einer Mitarbeiterin des Fraunhofer-Instituts einen Fragebogen durch. Es geht um ihre Wohnsituation, ihre Essgewohnheiten, die Einnahme von Medikamenten, Vorerkrankungen und die Verwendung von Kosmetika. Anschließend prüft eine Zahnärztin Webers Gebiss auf Amalgamfüllungen.

Im mobilen Labor stellt Weber schließlich eine große, braune Plastikflasche in eine Schleuse. Ihr Urin der letzten 24 Stunden. Sofort beginnt ein Mitarbeiter mit zahlreichen Analysen. Anschließend werden Weber 180 Milliliter Blut abgenommen. Weniger als 45 Minuten später ist Webers Blut bereits auf Kreatinin, Protein und Triglyceride geprüft. Es ist in 16 Vollblut- und 24 Plasma-Portionen geteilt, über ein spezielles Barcode-System registriert und in dem minus 130 Grad kalten Kryotank gelagert. Die Probe ist so aufbereitet, dass Blut und Plasma auch nach Jahrzehnten erneut untersucht werden könnten. Beispielsweise, wenn neue Analysemethoden oder wissenschaftliche Fragestellungen zu einer bestimmten Schadstoffbelastung vorliegen.

Drei Tage steht das mobile Labor auf dem Ulmer Parkplatz. Etwa 130 Studierende werden insgesamt beprobt. Dann fährt der Lkw zurück nach Münster, um die Proben dauerhaft im Bunker einzulagern. Einige der Ampullen reisen schon wenige Tage später in Trockeneis verpackt zu externen Laboren. Es folgen detaillierte Untersuchungen von Blut und Plasma auf giftige Umweltchemikalien wie Arsen, Cadmium, Chrom und Quecksilber. Die Ergebnisse sind für Forschende aus aller Welt interessant.

Schädliche Substanzen

Eine 2022 veröffentlichte Studie zeigt, dass die Quecksilberwerte in Blut und Urin zwischen 1995 und 2018 um 57 beziehungsweise 86 Prozent gesunken sind. „Einer der Gründe für diesen kontinuierlichen Rückgang ist der abnehmende Einsatz von Amalgam in der Zahnheilkunde und wahrscheinlich das Bewusstsein für die Quecksilberbelastung durch Fisch und Meeresfrüchte“, erklärt Till Weber, Wissenschaftler am UBA und Kollege von Kolossa-Gehring. Auch die Bleibelastung ging in den letzten Jahrzehnten kontinuierlich zurück: Zwischen 1981 und 2019 um etwa 87 Prozent, das zeigen die Daten von 3.851 jungen Erwachsenen in Münster. Wesentlichen Anteil daran hat das Benzinbleigesetz. Seit dem 1. Februar 1988 verbietet es die Herstellung von bleihaltigen Kraftstoffen.

Warum aber landen überhaupt Schadstoffe in der Umwelt? Schließlich muss jede Substanz in kommerziellen Produkten vorab geprüft werden. „Kein Hersteller bringt absichtlich Schadstoffe auf den Markt. Aber manchmal wird die wahre Giftigkeit bestimmter Chemikalien erst mit der Zeit offensichtlich. Das macht ein Biomonitoring wie unseres so wichtig“, sagt Weber. Besonders weil die Anzahl der Chemikalien täglich wächst. Wissenschaftler prognostizieren, dass 2024 in der Umwelt doppelt so viele Chemikalien im Umlauf sind wie zur Jahrtausendwende. Einen Überblick über die Auswirkungen für Mensch und Natur zu behalten, scheint unmöglich.

Auch deshalb gab die Europäische Kommission im April 2022 bekannt, sie wolle bis zu 12.000 Substanzen verbieten, die mit hormonellen Störungen, Krebs, Fettleibigkeit oder Diabetes in Zusammenhang stehen. Nach Angaben des Europäischen Umweltbüros käme dies dem bislang „größten Verbot giftiger Chemikalien“ gleich. Eine anvisierte Hauptgruppe sind PFAS (per- and polyfluoroalkyl substances), besser bekannt als Ewigkeits-Chemikalien. Es dauert Hunderte von Jahren, bis sie auf natürliche Weise abgebaut werden. Lebensmittelverpackungen, Flammschutzmittel, wasserdichte Kleidung und Outdoor-Ausrüstung, Regenschirme und beschichtete Pfannen: Sie alle verwenden PFAS-Stoffe.

Spuren dieser Ewigkeits-Chemikalien und anderer Substanzgruppen wie Phthalate – im Einsatz vor allem als längst in die Kritik geratene Weichmacher – wurden seit Beginn der Messungen für die Umweltprobenbank in praktisch jeder Ampulle gefunden. „Sie sind überall, und es ist inzwischen unmöglich, ihre Quelle zu ermitteln. Deshalb muss ihre Verwendung unbedingt reguliert werden“, sagt Lermen.

Viele dieser Chemikalien sind in Europa seit den 90er Jahren verboten. Auch die Vorschriften für Neuzulassungen werden jedes Jahr strenger. Doch die Hersteller können das umgehen: Indem sie die Formel verbotener Substanzen minimal ändern – hier ein Molekül mehr, dort eines weniger –, kreieren sie einen neuen Stoff, der nicht verboten ist, aber höchstwahrscheinlich ähnlich schädlich. Studien mit den Daten der Umweltprobenbank in Münster belegen, dass die Belastung für manche Phthalate trotz strenger Regulierung der Substanzgruppe zugenommen hat. „Die Zahl der Ersatzchemikalien steigt stetig. Noch immer wissen wir kaum etwas über ihre Wirkung“, warnt Kolossa-Gehring.

Um dieses Wissen anzusammeln, schloss sich 2016 unter der Leitung des Umweltbundesamtes ein europaweites Konsortium aus über 120 Institutionen und Biomonitoring-Experten zum internationalen Projekt HBM4EU zusammen. Eine 2023 veröffentlichte Studie bezieht Daten von über 10.000 Probanden aus 23 Ländern ein. Das Ergebnis: Kinder und Jugendliche zeigen eine höhere Belastung mit bestimmten Chemikalien, etwa Acrylamid und Pestiziden. Auch das Bildungsniveau beeinflusst, wie stark Menschen Schadstoffen ausgesetzt sind: Ein niedrigeres Bildungsniveau geht mit höheren Belastungen von Bisphenolen und Phthalaten einher.

Es dauerte lange, bis die bürokratischen und organisatorischen Hürden für ein solches internationales Projekt genommen waren. Inzwischen ist auch das Folgeprojekt PARC (Partnership for the Assessment of the Risk from Chemicals) etabliert. Dies vereinfacht die Zusammenarbeit und somit die Überwachung und Implementierung zielgerichteter Maßnahmen zur Chemikalienregulierung auf nationaler und europäischer Ebene. Außerdem können so Menschen aus einer größeren Altersspanne als nur Studierende und auch regionale und kulturelle Unterschiede untersucht werden. Die Probanden der 23-Länder-Studie waren zwischen sechs und 39 Jahre alt.

Bevor sich die Bunkertür für diesen Tag schließt, weist Till Weber noch auf eines hin: „Wir wollen mit unseren Erkenntnissen niemandem Angst machen oder Menschen vorschreiben, was sie zu tun oder zu lassen haben.“ Es gehe vor allem darum, ein gesellschaftliches Bewusstsein zu entwickeln und zu wissen, welche Stoffe über die Umwelt in unseren Körper gelangen. Diese Basis braucht es, um passende Maßnahmen zu ergreifen, sodass Mensch und Natur zukünftig bestmöglich gesund bleiben. //