Die Verfolgung von Chemikalien im Nahrungsnetz zeigt, dass nicht alle Isomere gleichmäßig verteilt sind
Als Chemiker der University at Buffalo Proben von Wasser, Fischen und Vogeleiern analysierten, waren sie nicht überrascht, dass sie viele Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) fanden. Schließlich tauchen diese "ewigen Chemikalien" fast überall in der Umwelt auf.
Interessant war jedoch, dass eine der gefährlichsten PFAS - Perfluoroctansulfonsäure (PFOS), die früher in Antihaft-Pfannen und Feuerlöschschaum verwendet wurde - je nach Probe in leicht unterschiedlichen Strukturformen, den so genannten Isomeren, auftrat.
Bei mehr als der Hälfte der in Abwässern und Fischen aus Supermärkten nachgewiesenen PFOS handelte es sich um verzweigte Isomere, die kugelförmig und kompakt sind und sich leichter in Wasser auflösen. Im Eigelb von fischfressenden Vögeln hingegen war PFOS zu fast 90 % linear, eine längliche Form, die dazu neigt, sich an Proteine zu binden und länger im Gewebe zu verbleiben.
"Zusammengenommen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass die linearen Isomere von PFOS auf ihrem Weg durch das Nahrungsnetz - vom Wasser über die Fische bis zu den Vögeln - häufiger vorkommen als die verzweigten Isomere", sagt die korrespondierende Autorin der Studie, Diana Aga, PhD, Direktorin des UB RENEW Institute und SUNY Distinguished Professor und Henry M. Woodburn Chair im UB Department of Chemistry.
Isomere einer bestimmten Verbindung haben die gleiche chemische Formel, aber die einzigartige Anordnung der Atome, aus denen sie bestehen, kann dazu führen, dass sie sich sehr unterschiedlich verhalten. So ist beispielsweise ein Isomer von Methamphetamin eine kontrollierte Substanz, ein anderes wird in rezeptfreien Nasensprays verwendet.
Dennoch raten US-amerikanische und europäische Vorschriften dazu, bei der Messung von PFAS alle Isomere in einen Topf zu werfen.
"Unsere Studie ist ein weiterer Beweis dafür, dass sich PFAS-Isomere unterschiedlich schnell bioakkumulieren können und nicht so behandelt werden sollten, als ob sie alle gleich wären", sagt Aga.
Diese Arbeit, die sich über zwei Studien erstreckt, wurde von der U.S. National Science Foundation und der Environmental Protection Agency unterstützt.
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Fortschrittliche Trenntechniken helfen bei der Unterscheidung von Isomeren
Die Unterscheidung zwischen verschiedenen Isomeren von PFAS erfordert zyklische Ionenmobilitätsspektrometrie. Diese fortschrittliche Analysetechnik trennt Isomere auf der Grundlage ihrer Formunterschiede, die beeinflussen, wie sie sich durch ein mit Gas (z. B. Stickstoff) gefülltes Rohr bewegen.
Nehmen wir an, Sie haben zwei Blätter Papier - ein flaches und ein zu einem Ball zerknülltes - und lassen sie fallen. Sie sind aus demselben Material und wiegen dasselbe, aber das zerknüllte Papier wird zuerst auf dem Boden aufschlagen.
In ähnlicher Weise unterscheidet die zyklische Ionenmobilitätsspektrometrie zwischen den Isomeren desselben Moleküls anhand ihrer Driftzeit, also der Zeit, die die PFOS-Isomere brauchen, um durch die Röhre zu wandern und den Detektor zu erreichen. Die kompaktere, kugelförmige Form der verzweigten Isomere bedeutet, dass sie sich schneller durch das Inertgas in der Röhre bewegen als die länglichen linearen Isomere.
Das zyklische Ionenmobilitätsspektrometer des RENEW-Instituts, das vom Büro des Vizepräsidenten für Forschung, Innovation und wirtschaftliche Entwicklung der UB unterstützt wird, analysierte PFAS in sieben ungefrorenen Fischproben aus Supermärkten. Darunter befanden sich sowohl am Boden lebende benthische Fische wie Blauwels, Kabeljau und Schellfisch als auch pelagische Fische, die in offenen Gewässern leben, wie Regenbogenforelle, Lachs und Tilapia.
Die in der Fachzeitschrift Journal of Agriculture and Food Chemistry der American Chemical Society veröffentlichten Ergebnisse von Aga zeigen, dass in benthischen Fischen generell mehr Arten von verzweigten PFOS-Isomeren vorkommen als in pelagischen Fischen. Die benthischen Fische enthielten zwei zusätzliche Arten von verzweigten PFOS-Isomeren, die in pelagischen Proben nicht nachgewiesen wurden.
Die Kombination aus verzweigten und linearen Isomeren führte dazu, dass die Gesamtkonzentration von PFOS in benthischen Fischen deutlich höher war als in pelagischen Fischen. Die benthischen Fischarten weisen auch generell höhere Anteile an längerkettigen PFAS auf, wie PFOA und PFNA, die acht bzw. neun Kohlenstoffe haben.
"Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Verbraucher, die häufig bodenlebende Fischarten verzehren, möglicherweise einer höheren PFAS-Belastung ausgesetzt sind", sagt Mindula Wijayahena, Doktorandin in Agas Labor und Erstautorin der Studie.
Isomerenmix bei Vögeln verändert sich
In einer separaten Studie, die im Journal of the American Society for Mass Spectrometry veröffentlicht wurde, identifizierte Agas Team PFOS-Isomere in Abwasser und Vogeleiern.
Das Abwasser stammte aus einer kommunalen Kläranlage in Erie County, während die Eigelbe aus verlassenen Nestern in der Nähe des Hafens von Buffalo gesammelt wurden. Die Eier stammten von Doppelhaubenkormoranen, einem nordamerikanischen Wasservogel, der sich von Fisch ernährt.
In den Abwasserproben war mehr als die Hälfte des PFOS verzweigt. Im Eigelb der Kormorane hingegen waren fast 90 % der PFOS linear.
"Wir wissen zwar, dass sich lineare Isomere eher im Gewebe anreichern als verzweigte, aber der Grund, warum die Eier so stark zu den linearen Isomeren neigten, muss weiter untersucht werden", sagt die Doktorandin Jenise Paddayuman, die Erstautorin der Studie. "Dennoch geben die Ergebnisse einen Einblick in den Verbleib von PFOS in der Umwelt und deuten darauf hin, dass lineare Isomere auf ihrem Weg durch die Umwelt länger bestehen bleiben.
Da die Chemiker nun über die Mittel zur Unterscheidung der PFAS-Isomere verfügen, könnte es laut Aga an der Zeit sein, die Unterschiede in ihren toxikologischen Auswirkungen zu untersuchen, was die Notwendigkeit einer unterschiedlichen Regulierung dieser Stoffe untermauern könnte.
"Wenn sich zum Beispiel weiterhin zeigt, dass sich verzweigte Isomere nicht so stark bioakkumulieren wie lineare Isomere, dann sollten wir vielleicht mehr Moleküle mit verzweigter Struktur entwickeln", sagt sie. "Das ist etwas, worüber wir in Zukunft nachdenken können.
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
Originalveröffentlichung
Mindula K. Wijayahena, Rawikan Kachangoon, Cheyanne Witmer, Joshua S. Wallace, Jitlada Vichapong, Diana S. Aga; "PFAS Isomers Matter: Distribution Patterns of Linear and Branched PFOS and PFOA in Consumed Fish Revealed by Cyclic Ion Mobility Separation"; Journal of Agricultural and Food Chemistry, Volume 73, 2025-10-6
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