Mercurys mysteriöse Reise: Enthüllung seines geheimen Verstecks in Säugetiergehirnen

Neue Forschungen an der Purdue-Universität haben das Vorhandensein von Quecksilber in Mungo-Gehirnen aufgedeckt und deuten auf eine breitere Umweltauswirkung und potenzielle Risiken für die menschliche Gesundheit hin. Diese bahnbrechende Entdeckung verbessert unser Verständnis für die neurotoxische Wirkung von Quecksilber bei terrestrischen Tieren. Quelle: SciTechDaily.com

Forscher haben Quecksilber in Mungo-Gehirnen entdeckt, was auf eine größere Umweltgefahr hinweist und Bedenken hinsichtlich der Quecksilberbelastung für den Menschen aufwirft.

Die Exposition gegenüber Quecksilber (Hg) ist in den meisten chemischen Formen äußerst neurotoxisch. Sogar Wissenschaftler, die Quecksilberverbindungen studieren, sind aufgrund möglicher Hg-Exposition gefährdet. Der renommierte Physiker Michael Faraday litt aufgrund langanhaltender Hg-Dampfexposition an Quecksilbervergiftung, was ihn dazu veranlasste, seine Forschungstätigkeit im Alter von 49 Jahren aufgrund zunehmender gesundheitlicher Probleme einzustellen. Ein weiteres Beispiel ist die Lab-Chemikerin Karen Wetterhahn, die aufgrund einer Vergiftung mit Dimethylquecksilber ums Leben kam, nachdem einige Tropfen aus einer Pipette entwichen waren und auf eine ihrer mit Latexhandschuhen bedeckten Hände gelangt waren.

Viele Studien haben sich mit der Exposition gegenüber und den Auswirkungen von Hg beschäftigt, insbesondere bei Meeres- und Meerestieren. Es ist allgemein bekannt, dass der Verzehr bestimmter Fische wie Thunfisch aufgrund des Vorhandenseins von Quecksilber eingeschränkt werden sollte. Doch die Frage stellt sich: Können Quecksilberionen die Gehirne terrestrischer Tiere erreichen? Dr. Yulia Pushkar, Professorin für Physik und Astronomie am College of Science der Purdue-Universität, war anfangs skeptisch. Sie betreibt seit 2008 ein Gehirn-Bildgebungsprogramm an der Purdue-Universität. Ihre Gruppe, die über Expertise in der Probenvorbereitung, Messungen und Datenanalyse verfügt, ist bei Forschern in den USA und weltweit gefragt, einschließlich Forschern aus Japan und kürzlich auch Australien.

Quecksilber ist ein chemisches Element mit dem Symbol Hg und ist giftig. Exposition gegenüber Quecksilber kann das Nervensystem, die Nieren, die Leber und das Immunsystem schädigen. Viele Studien haben die Konzentrationen von Quecksilber in Meer- und Meereslebewesen überprüft, aber wenig ist darüber bekannt, ob es sich in den Gehirnen terrestrischer Lebewesen ansammeln kann.

Pushkars Forschungsgruppe wurde beauftragt, auf Hg in den Gehirnen von Mungos auf Okinawa Island zu überprüfen. Überraschenderweise zeigten Gehirnscans Quecksilber in diesen invasiven Tieren. Die Forschungsgruppe verfeinerte die Scans und erreichte eine Auflösung von wenigen zehntausend Nanometern, um die betroffenen Gehirnzellen zu beobachten. Ihre gemeinsamen Ergebnisse wurden kürzlich im Journal Environmental Chemistry Letters veröffentlicht.

Das Rätsel, wie Quecksilber ins Mungo-Gehirn gelangt, bleibt ungelöst. Mögliche Quellen sind das von ihnen getrunkene Wasser, von ihnen konsumierte Vogeleier, Mineralienexposition oder sogar die Luft, die sie atmen. Eines ist jedoch sehr klar: Das ist ein sehr schlechtes Zeichen.

"Hg ist bereits in niedrigen Konzentrationen sehr giftig, da es sich an essentielle Biomoleküle binden und ihre Funktion beeinflussen kann", erklärt Pushkar. "Die Effizienz der Entgiftung hängt von der Aufnahme und der Bindungskonstante in den nachweisbaren Ansammlungen sowie einem potenziellen Austritt aus ihnen ab, wenn Gehirnzellen absterben. Bisher ist kein bekannter Weg bekannt, um diese Ablagerungen sicher aus dem Gewebe aufzulösen, und es gibt keine Berichte über eine Umkehrung der Quecksilbervergiftung des Nervensystems. Der Hauptansatz, den wir alle verfolgen sollten, besteht darin, jegliche Expositionen zu vermeiden, insbesondere chronische Expositionen wie im Fall von Faraday."

"Ich war skeptisch, ob überhaupt Hg nachgewiesen werden könnte. Normalerweise sind neurotoxische Elemente, selbst wenn sie in Gehirnen vorhanden sind, in ultra-niedrigen Konzentrationen vorhanden", erklärt Pushkar. "Wir brachten diese Exemplare zur Advanced Photon Source am Argonne National Laboratory, wo die Gehirne intensiver Röntgenstrahlung ausgesetzt waren. Entgegen meiner Skepsis wurde das Hg-Signal nachgewiesen."

Bei der Betrachtung von Gehirnproben begannen Forscher damit, Gehirnregionen zu verfolgen, die einen höheren Hg-Gehalt aufwiesen. Nach drei Jahren Studium und fünf Reisen zu zwei nationalen Synchrotron-Einrichtungen (Advanced Photon Source am Argonne National Laboratory und NSLS-II am Brookhaven National Laboratory) können die Forscher nun berichten, dass bestimmte Gehirnzellen: Zellen des Plexus choroideus (das die Blut-Hirn-Schranke bildet) und Astrozyten der subventrikulären Zone Hg-reiche Puncta (~0,5-2 Mikrometer groß) enthalten. Pushkars Forscherteam glaubt, dass diese Zellen dazu dienen, Quecksilber aus dem Blut und dem Gehirngewebe zu filtern und mit Hilfe eines anderen Elements, Selen (Se), zu speichern. Welche bestimmten, Se-enthaltenden biologischen Moleküle Hg binden, muss noch entdeckt werden.

Pushkars Team für diese Veröffentlichung besteht aus den Doktoranden Pavani Devabathini und Gabriel Bury sowie dem damaligen Bachelorstudenten Darrell Fischer (derzeit an der Harvard Graduate School). Die Daten wurden vom gesamten Team gesammelt und von Devabathini und Fischer analysiert. Nach Abschluss der Datenanalyse hat das gesamte Team an der Erstellung der Veröffentlichung mitgewirkt.

Diese Entdeckung hat Relevanz für die Umweltüberwachung bei terrestrischen Tieren und bietet neue Möglichkeiten zur Verfolgung von Hg in Gehirnzellen, was potenzielle Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und Sicherheit haben kann.

“Human activities result in the emission of 2000 metric tons of mercury compounds annually and we do not fully understand where all this neurotoxic Hg ends up,” says Pushkar. “Most studies so far focused on marine biota (fish and whales) but apparently terrestrial species are also affected. We expect the human brain react to Hg in a similar fashion via interactions with cells of choroid plexus and astrocytes. However, we do not know if the human brain has enough Se-containing biomolecules to bind to Hg.”

Reference: “High-resolution imaging of Hg/Se aggregates in the brain of small Indian mongoose, a wild terrestrial species: insights into intracellular Hg detoxification” by Pavani Devabathini, Darrell L. Fischer, Si Chen, Ajith Pattammattel, Gabriel Bury, Olga Antipova, Xiaojing Huang, Yong S. Chu, Sawako Horai and Yulia Pushkar, 16 November 2023, Environmental Chemistry Letters. DOI: 10.1007/s10311-023-01666-3