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Glyphosat und Co

Pestizide auf dem Prüfstand

Pflanzenschutzmittel wie Glyphosat sorgen immer wieder für negative Schlagzeilen. Dabei werden sie aufwändig auf Risiken getestet. 100 Prozent Sicherheit aber kann es wie überall sonst im Leben nicht geben.
Traktor sprüht Herbizide auf grünem Feld

Die einen sehen darin eine tödliche Gefahr für Mensch und Tier, die anderen ein etabliertes, sicheres, gut untersuchtes und gut anzuwendendes Herbizid: Die aktuelle, teils sehr scharf geführte Diskussion um Glyphosat zeigt das Dilemma rund um die Wahrnehmung, aber auch den Wissensstand über die Wirkung von Pestiziden.

Denn Glyphosat selbst ist bei korrekter Anwendung beispielsweise nicht allzu giftig, wie zahlreiche Tierexperimente zeigen. Schließlich sollte es zumindest theoretisch für Säugetiere und damit auch für Menschen sogar relativ harmlos sein: Das von dem Wirkstoff blockierte Enzym kommt nur in Pflanzen vor. Auf solche theoretischen Überlegungen aber dürfen sich die Experten für Chemikaliensicherheit nicht verlassen. Ganz im Gegenteil beginnt an dieser Stelle erst die eigentliche Arbeit, die Substanz auf Herz und Nieren zu prüfen.

Glyphosat
Glyphosat | Glyphosat gehört zur Gruppe der Phosphonate – Salze der Phosphonsäure. Seine Struktur ähnelt dem Phosphoenolpyruvat (PEP), mit dessen Hilfe Pflanzen eine Vorstufe für die drei Aminosäuren Phenylalanin, Tryptophan und Tyrosin produzieren. Dazu brauchen die Gewächse das Enzym EPSPS (5-Enolpyruvylshikimat-3-phosphat-Synthase). Dieses verwechselt auf Grund der Ähnlichkeit PEP mit Glyphosat, das dann das Enzym blockiert. Letztendlich werden daher die drei lebenswichtigen Aminosäuren nicht produziert, und die behandelten Pflanzen gehen ein.

Diese Überprüfung einzelner Wirkstoffe ist innerhalb der EU seit den 1990er Jahren auf einzelne Mitgliedsländer verteilt, im Fall von Glyphosat ist Deutschland zuständig. Die Arbeitsteilung macht Sinn, wie Roland Solecki, Leiter der Abteilung Chemikaliensicherheit am Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) in Berlin, anhand einiger Zahlen verdeutlicht: "Vor 20 Jahren waren über 1000 Pflanzenschutzmittel-Wirkstoffe in der Europäischen Union zugelassen, im Oktober 2013 waren es in Deutschland noch 265." Diese Wirkstoffe finden sich in 741 Pflanzenschutzmitteln unterschiedlicher Zusammensetzung. In der Praxis bedeuten diese Zahlen eine unvorstellbare Flut verschiedener Untersuchungen: Jeder einzelne dieser Wirkstoffe muss sehr aufwändig auf mögliche Gefahren und Gesundheitsrisiken getestet werden. Jeder Wirkstoff weniger entlastet daher die zuständigen Labors erheblich – und schafft so Kapazitäten, auch Mischungen aus verschiedenen Wirkstoffen und Beistoffen zu untersuchen.

Glyphosat wurde von den Experten gerade neu bewertet. Dieser Entwurf liegt jetzt bei der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA oder European Food Safety Authority) im italienischen Parma und wird mit den betroffenen Organisationen beraten. Weil dabei fast zwangsläufig die Interessen von Herstellern, Anwendern, Behörden und Umweltverbänden aufeinanderprallen, ist Glyphosat in der letzten Zeit auch in die Schlagzeilen geraten.

Wie Pestizide getestet werden

"Wir untersuchen die drei großen Bereiche Toxizität, Exposition und Rückstände", erklärt Solecki. Es geht also vor allem darum, wie giftig eine Substanz ist und welche Mengen zum Beispiel ein Bauer, der die Substanz anwendet, unter Umständen von ihr abbekommen kann. Es wird aber natürlich auch betrachtet, wie lange die Substanz selbst oder aus ihr entstandene Substanzen an und in der betroffenen Nutzpflanze oder andernorts in der Umwelt bleiben – und von dort dann bis auf den Teller der Verbraucher gelangen könnten. Alle drei Bereiche spielen eine wichtige Rolle beim Beurteilen des Risikos, das von einem Wirkstoff wie Glyphosat ausgeht.

"Für einige dieser Tests gibt es leider immer noch keinen Ersatz für Tierversuche", bedauert Roland Solecki. So kann eine Substanz für menschliche Zellen, die in Labors gezüchtet werden können, völlig harmlos sein. Da ein Organismus aber viel mehr als nur die Summe seiner verschiedener Zellen ist, könnte dieser Wirkstoff durchaus Vorgänge im Körper stören oder sie aus dem Gleichgewicht bringen, die in Zellkulturen gar nicht auftreten oder die eventuell noch gar nicht im Detail erforscht sind. Auch verändert zum Beispiel die Leber von Säugetieren viele Substanzen, die in den Körper gelangen. Dabei können giftige in harmlose Stoffe umgewandelt werden – oder umgekehrt.

Bereits bei den grundlegenden Versuchen zur Giftigkeit müssen die Forscher daher neben einer ganzen Batterie von Untersuchungen im Reagenzglas und der Petrischale auch auf Tiere zurückgreifen. Diese bekommen den zu prüfenden Wirkstoff entweder ins Futter gemischt oder nehmen ihn über die Haut auf. Die meisten Versuchstiere sind Mäuse und Ratten, aber auch Ziegen, Hühner, Kühe und manchmal Schweine oder Hunde werden untersucht. Reizungen der Augen wiederum wurden typischerweise an Kaninchen getestet, dafür gibt es allerdings inzwischen Alternativen ohne Tierversuche. In solchen Studien entpuppte sich Glyphosat beispielsweise als augenreizend.

Neben solchen einmaligen Tests werden Mäuse und Ratten einem Wirkstoff auch zwei Jahre lang wiederholt ausgesetzt, um mögliche chronische Wirkungen zu erfassen. Bei diesen Tieren werden dann Gewebe, Organe und das Blut sehr genau auf eventuelle Auswirkungen untersucht. Bei solchen Langzeitversuchen mit Glyphosat fanden die Forscher zwar Veränderungen an der Leber und der Bauchspeicheldrüse von Versuchstieren, die aber erst bei hohen Dosen auftraten und daher in der Praxis nicht zum Tragen kommen.

Neben klassischen Giftwirkungen wird auch der Effekt auf das Erbgut untersucht. Dabei prüfen die Forscher zunächst in Laborversuchen, ob die Substanz im so genannten "Ames-Test" das Erbgut von Bakterien verändert. Nur wenn diese und andere Studien positiv ausfallen, kommt es zu Tierversuchen, die dann zeigen, ob die Substanz mutagen oder kanzerogen ist. Bei Glyphosat konnten die Wissenschaftler Entwarnung geben: Es beeinflusst weder das Erbgut noch fanden die Forscher in Langzeitversuchen mit Ratten oder Mäusen Hinweise auf ein Entstehen von Tumorzellen.

Um zu prüfen, ob es womöglich Effekte auf die Nachkommen gibt, werden die Elterntiere bereits vor der Verpaarung mit der jeweiligen Substanz konfrontiert und erhalten sie auch während der Entwicklung des Nachwuchses. Dieser wird nach der Geburt nicht nur auf mögliche Veränderungen und Schäden vom Skelett über die Organe und Gliedmaßen bis hin zum Hormon- und Immunsystem untersucht. Zusätzlich beobachten die Forscher auch, ob die Jungtiere sich gut entwickeln: Ab welchen Alter lernt der Rattennachwuchs zum Beispiel schwimmen? Und wieder Entwarnung: Auch hier blieb Glyphosat ohne Einfluss auf Ratten- und Kaninchenbabys.

Umstrittene Interpretationen der Ergebnisse

Wie heikel Ergebnisse und ihre Interpretation sein können, zeigen zwei Beispiele, in denen von einem negativen Effekt von Glyphosat berichtet wurde. So hatten im einen Fall Forscher trächtigen Ratten oder Kaninchen sehr hohe Dosen des Wirkstoffs gegeben. Die Folgen: Manche Tierbabys kamen mit einem vergrößerten Herz zur Welt. Das passierte aber nur, wenn die Mütter bereits deutliche Symptome einer Vergiftung zeigten. Zudem entwickelte sich der Herzfehler beim Nachwuchs nur dann relativ häufig, wenn schon die Hälfte der Mütter an der höchsten gegebenen Dosis verendete. "Wenn aber bereits die Mütter geschädigt werden, beeinflusst das natürlich auch die heranreifenden Nachkommen", erklärt der Toxikologe Wolfgang Dekant von der Universität Würzburg.

Über Entwicklungsschäden liefern solche Ergebnisse daher keine verwertbaren Ergebnisse, sie werden deshalb von den allermeisten Toxikologen der Welt nicht verwendet: Wenn eine Dosis schwangere Frauen schädigen kann, müssen die Grenzwerte bereits entsprechend niedriger angesetzt werden. Da bei deutlich geringeren Mengen der Nachwuchs aber ungefährdet ist, sind auch Menschenbabys nicht mehr in Gefahr. Als die ursprünglich in den 1990er Jahren in einem indischen Labor durchgeführten Versuche in den letzten Jahren mit verbesserten Methoden erneut durchgeführt wurden, konnten die älteren Ergebnisse dann auch in keinem Fall bestätigt werden.

In der zweiten Studie hatte Andres Carrasco von der Universität Buenos Aires bei Nachkommen von Krallenfröschen und Hühnern Fehlbildungen am Herzen nachweisen können [1]. Allerdings sagen auch diese Experimente wenig über eine Gefährdung menschlicher Babys aus. So nehmen normalerweise die Tiermütter in den Versuchen den Wirkstoff über das Futter, die Lunge oder die Haut auf – genauso wie es außerhalb der Labors vielleicht auch Menschen passieren könnte. Die Forscher in Argentinien spritzten die Substanz dagegen direkt in die Hühnereier oder mischten sie in das Nährmedium, in dem sich die Froscheier entwickelten. Obendrein waren die Konzentrationen des Pflanzenschutzmittels weit jenseits aller vorstellbaren Werte. Diese Ergebnisse lassen sich daher kaum auf die Entwicklung von Menschenbabys übertragen. Auch diese Experimente lieferten daher keine relevanten Erkenntnisse, ob Glyphosat für den Menschen und seine Nachkommen gefährlich ist.

Gegner von Tierversuchen kritisieren allerdings ohnehin, dass der menschliche Organismus anders reagieren könnte und solche Studien daher überflüssig seien. In seltenen Fällen passiert das tatsächlich. Würde man allerdings auf Tierversuche verzichten und sich nur auf Labortests beschränken, blieben viele Gefahren unentdeckt. Dabei gilt: Je näher die Tiere mit dem Menschen verwandt sind, umso zuverlässiger lassen sich diese Ergebnisse auf unsere Art übertragen. Und da Krallenfrösche und Hühner seit einigen hundert Millionen Jahren andere Wege als Säugetiere und damit auch der Mensch gehen, sind die Versuche mit Ratten, Mäusen und Kaninchen höher zu bewerten. Das Bundesinstitut für Risikobewertung sieht daher nach der Prüfung von mehr als 1000 neuen Studien und Fachartikeln keine stichhaltigen Hinweise, dass Glyphosat die Entwicklung menschlicher Embryonen schädigen könnte.

"Trotzdem bleibt natürlich ein geringer Unsicherheitsfaktor", erklärt BfR-Experte Roland Solecki weiter. Mehr Sicherheit gäbe es schließlich nur durch Versuche direkt an Menschen, die aber aus sehr guten Gründen verboten sind. Um die Risiken möglichst gering zu halten, nehmen die Forscher daher die niedrigste Dosis eines Wirkstoffs, die in allen unterschiedlichen Versuchsverfahren von der akuten Toxizität bis zu Auswirkungen auf das Verhalten der Nachkommen keine Auswirkungen zeigte. Um eine stärkere Empfindlichkeit des Menschen aufzufangen, gibt es darauf noch einen Sicherheitsfaktor von zehn.

Grenzwerte: auf Nummer sicher

Ein weiterer Kritikpunkt an Tierversuchen ist, dass sich die Tiere meist sehr ähnlich sind – während die menschliche Gesellschaft weit mehr Variation bezüglich Alter und Gesundheitszustand aufweist. "Um solche individuellen Unterschiede zu berücksichtigen, wird ein weiterer Sicherheitsfaktor zehn aufgeschlagen", berichtet Wolfgang Dekant. Am Ende steht dann ein Hundertstel der Dosis, die bei keinem der Versuche eine Auswirkung zeigte. "Und falls es Hinweise auf schwere Effekte gibt, kann dieser Sicherheitsabstand weiter erhöht werden", erklärt der Würzburger Toxikologe weiter: Dann steigt der Sicherheitsfaktor durchaus auf das 300-Fache oder sogar 1000-Fache.

So ergibt sich die Höchstmenge einer Substanz, der ein Mensch insgesamt in seinem ganzen Leben ausgesetzt sein darf. Aus dieser Gesamtmenge rechnen die Forscher anschließend aus, wie viel jemand an einem Tag maximal zu sich nehmen sollte, bezeichnet als "acceptable daily intake", abgekürzt "ADI". Selbst wenn man ein Leben lang jeden Tag diesen ADI-Wert der Substanz zu sich nimmt, bleibt also zumindest ein Sicherheitsfaktor von 100 zum empfindlichsten Tierversuch. Im Fall von Glyphosat kommt die amerikanische Umweltbehörde EPA auf einen Wert von 122 Milligramm, den ein 70 Kilogramm schwerer Mensch täglich zu sich nehmen könnte, um den Sicherheitsabstand im Hinblick auf Tierversuche zuverlässig einzuhalten. Die Weltgesundheitsorganisation WHO nennt einen Wert von 70 Milligramm, während die Europäische Union noch vorsichtiger ist und sogar nur 21 Milligramm Glyphosat für einen 70 Kilogramm schweren Menschen pro Tag als Höchstgrenze für zulässig erklärt.

Für Menschen, die mit einem Pflanzenschutzmittel arbeiten, gibt es zusätzlich noch einen "AOEL"-Wert, das "acceptable operator exposure level". Mehr als diese Menge darf demnach ein Bauer, der ein Pflanzenschutzmittel auf seinem Acker verteilt, nicht abbekommen. In der Europäischen Union liegt dieser AOEL für einen 70 Kilogramm schweren Menschen bei 14 Milligramm Glyphosat.

Bei solchen Werten legen die Forscher großen Wert auf das Geschehen in der realen Welt. Wie viel Glyphosat hält die Kabine des Traktors vom Fahrer ab? Wie lange arbeitet er überhaupt mit dem Pflanzenschutzmittel? Solche Faktoren werden berücksichtigt. Und die Frage, was eigentlich passiert, wenn das Mittel in einem Gewächshaus ausgebracht wird, soll demnächst ebenfalls getestet werden.

Da die Substanz bei Anwendern meist über die Haut in den Organismus gelangt, untersuchen die Forscher solche Aufnahmeprozesse häufig an Haut, die bei chirurgischen Eingriffen an Menschen "gewonnen" wurde. Diese Haut schwimmt dabei in einer Nährlösung und lebt so im Labor weiter. Außerdem gehen Forscher der Frage nach, ob ein Pflanzenschutzmittel Allergien auslösen könnte. Ist das der Fall, fangen häufig Sicherheitsvorschriften dieses Risiko ab. Dann müssen die Betroffenen zum Beispiel Handschuhe oder Schutzkleidung tragen.

Wie verhalten sich Pestizide in der Umwelt?

Doch nicht nur die Folgen für den Menschen sind von Bedeutung, natürlich interessieren sich Toxikologen und die Verantwortlichen in der Europäischen Union auch brennend dafür, welche Mengen eines Pflanzenschutzmittels nach dem Verteilen auf dem Acker in Pflanzen zurückbleiben. Wie lange dauert es, bis solche Rückstände abgebaut sind? In welche anderen Substanzen wandelt die Pflanze diese Rückstände um, und wie könnten diese Metaboliten Menschen gefährden? Was passiert mit diesen Substanzen, wenn zum Beispiel Äpfel zu Apfelbrei oder Apfelsaft verarbeitet oder wenn Kartoffeln gekocht werden?

Mit solchen Untersuchungen schätzen die Forscher dann ab, welche Mengen eines Pflanzenschutzmittels ein Mensch bei durchschnittlichen Ernährungsgewohnheiten aufnimmt. Berücksichtigt werden aber auch extreme Ernährungsgewohnheiten, wenn bei einem Kartoffel-Anbauer zum Beispiel überwiegend seine eigene Ernte auf dem Tisch landet oder wenn ein Vegetarier zum Ausgleich fehlender Inhaltsstoffe aus tierischen Produkten mehr Bohnen als ein Fleischesser zu sich nimmt. Ebenso fließen Unterschiede zwischen den Küchen verschiedener Regionen ein. Am Ende kann es dann passieren, dass Probleme holländischer Kinder auf Grund landestypischer Ernährungssitten zu einem Verbot eines Wirkstoffs in der gesamten Europäischen Union führen, obwohl andere Essgewohnheiten im Rest der EU gar keine Gefährdung erkennen lassen. Da die Sicherheit Vorrang genießt, versuchen die europäischen Behörden, die Messlatte möglichst hoch zu legen und damit die zulässigen Höchstmengen so niedrig wie möglich zu halten.

Diese Flut von Studien, Experimenten, Berechnungen und Kalkulation für 265 Wirkstoffe in 741 unterschiedlichen Pflanzenschutzmitteln macht viel Arbeit in den Behörden und Forscherlabors. Trotzdem haben Roland Solecki und seine Mitarbeiter jetzt noch ein Programm entwickelt, das die Wirkung von Beistoffen genauer unter die Lupe nimmt. Darin geht der Forscher der Frage nach, ob das fertige Pflanzenschutzmittel, das aus mehreren Wirkstoffen und weiteren Beistoffen gemischt sein kann, toxischer als ein einzelner Wirkstoff ist. So kann man zum Beispiel feststellen, dass so genannte Tallowamine, die auch in Waschmitteln und Shampoos eingesetzt werden, als Netzmittel die Aufnahme des Wirkstoffs beschleunigen und Glyphosat giftiger machen. Dabei will der Forscher auf Versuche mit Wirbeltieren verzichten. An dem Projekt beteiligt sind auch Hochschulen und andere Forschungsinstitute.

Europäische Verordnungen

"Die Europäische Kommission steckt viel Geld in diese Forschung zu möglichen Wechselwirkungen", erklärt Roland Solecki. Seit 2011 gilt in den Ländern der EU eine neue Pflanzenschutzverordnung, die genau festlegt, welche Studien gemacht werden müssen. In diesem Rahmen werden alle bereits zugelassenen Wirkstoffe ein zweites Mal bewertet. Dabei kommen nicht nur neue und vor allem auch verbesserte Untersuchungsmethoden zum Einsatz. Die EU legt auch großen Wert darauf, kumulative Wirkungen zu untersuchen. Wie wirken verschiedene Substanzen zusammen? Verstärkt sich vielleicht eine eventuell vorhandene Giftwirkung? Geben die Erkenntnisse der EU-Chemikalien-Verordnung REACH eventuell Hinweise auf das Verhalten von Beistoffen in Pflanzenschutzmitteln?

Ein kleines Restrisiko aber wird immer bleiben, 100-prozentige Sicherheit gibt es schließlich nirgends im Leben. Aber sicherer als so genannte Alltagsrisiken sind Pflanzenschutzmittel wie Glyphosat schon heute – zumindest bei korrekter Anwendung, das ist entscheidend. Im Straßenverkehr sterben hier zu Lande jedenfalls erheblich mehr Menschen als durch den Einfluss von Pflanzenschutzmitteln. Genau deshalb fragt der Würzburger Toxikologe Wolfgang Dekant seine Studenten in Vorlesungen und Seminaren auch gern, wie hoch sie denn das Risiko von Motorradfahren einschätzen. Etliche von ihnen werden bei dieser Frage recht nachdenklich.

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  • Quellen
[1] Paganelli, A. et al.: Glyphosate-Based Herbicides Produce Teratogenic Effects on Vertebrates by Impairing Retinoic Acid Signaling. In: Chemical Research in Toxicology 23, S. 1586–1595, 2010

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