Projektrealisierung: S. Di Bucchianico (HMGU), A. Föhlisch (University of Potsdam), A. Lausi (SESAME, Jordan), K. Lips (Free University of Berlin), R. Zimmermann (UR/HMGU)

 

Die Projektinitiative DUST-STORM ist als gemeinsame interdisziplinäre Initiative deutscher und jordanischer Universitäten mit Unterstützung des Deutschen Akademischen Austauschdienstes (DAAD) entstanden, um die internationale akademische Zusammenarbeit und die Ausbildung exzellenter junger Jordanier auf MSc-Niveau mit Promotionsprojekten in Deutschland zu stärken. Die Idee, einatembaren Wüstenstaub in seinen physikalisch-chemischen Eigenschaften und der damit verbundenen Atemwegstoxizität zu untersuchen, entstand während einer von der Helmholtz-Gemeinschaft Deutschland (HGF) organisierten wissenschaftlichen Delegationsreise deutscher Wissenschaftler zum Synchroton-Light for Experimental Science and Applications in the Middle East (SESAME) Labor der Universitäten in Allan (Jordanien) und Jordanien. Die DUST-STORM-Initiative ist thematisch mit dem Helmholtz International Lab. aeroHEALTH verknüpft und zielt darauf ab, die Zusammenarbeit zwischen den deutschen Partnern, SESAME und den jordanischen Universitäten auf dem Gebiet Aerosol und Gesundheit zu etablieren und zu vertiefen. Die Häufigkeit von Staubstürmen hat in den letzten zehn Jahren als Reaktion auf die Auswirkungen des Klimawandels zugenommen, und eine Reihe von infektiösen und nicht-infektiösen Krankheiten wurden mit der Staubbelastung in Verbindung gebracht, darunter chronisch obstruktive Lungenerkrankungen, Asthma und Lungenfibrose (Schweitzer et al., 2018). Staubpartikel initiieren entzündliche Immunreaktionen, die eine wichtige Rolle bei der Pathogenese verschiedener kardiopulmonaler Erkrankungen spielen. Die Erkennung der durch Wüstenstaubpartikel induzierten zellulären und molekularen Effekte unter Berücksichtigung der Rolle anthropogener Aktivitäten abgeleiteter Partikel, z. B. Ruß aus der Holzverbrennung oder Verkehrsemissionen, die potenziell mit Wüstenstaub abgeleiteten Partikeln agglomerieren, ist jedoch ein unerforschtes Thema. Das DUST-STORM - Projekt zielt darauf ab, die einatembare Staubfraktion in Jordanien aus einem anderen Gebiet zu charakterisieren, die relative Toxizität in Lungenzell-Modellsystemen zu bestimmen, reaktive Sauerstoff- und Radikalspezies zu identifizieren, organische Komponenten zu analysieren und zu quantifizieren sowie die strukturellen und elektronischen Eigenschaften von Mineralstaubkörnern bis hinunter auf die atomare Ebene zu bestimmen.

 

Erwartete Ergebnisse

Im Rahmen dieses Projekts werden wir die Schlüsselfaktoren innerhalb der strukturellen und elektronischen Eigenschaften von Mineralstaubpartikeln sowie innerhalb der chemischen Vielfalt der organischen Adsorbate aufklären, die zur Toxizität sowohl von gesammelten als auch von Standardstaubpartikeln beitragen. Der wissenschaftliche Ansatz umfasst den Vergleich von lokal gesammelten luftgetragenen Mineralstäuben (Feinstaub PM10), Wüstenstaubproben, Standardstäuben (Arizona Test Dust), NIST-Stadtstaub und Ruß. Die elektronische Struktur, die chemischen Eigenschaften und die biologischen Effekte werden untersucht. Die Exposition von menschlichen Lungenepithelzellen und anderen relevanten Zellmodellen, einschließlich krankheitsorientierter Co-Kultur-Modelle, mit den gesammelten Aerosolpartikeln wird deren typische Wirkungsstärken über die Analyse von zytotoxischen, entzündlichen und primär- sowie sekundär-genotoxischen und mutagenen Reaktionen aufzeigen. Es soll entschlüsselt werden, welche Aerosolkomponenten und -eigenschaften zu direkten oder entzündungsgetriebenen sekundären Mechanismen der Genotoxizität vor und nach der thermischen Entfernung von organischen Stoffen aus den Staubpartikeln führen, was zu einem besseren Verständnis des relativen Beitrags der verschiedenen Komponenten zu den beobachteten biologischen Ergebnissen führt. Der erste Aufruf für Studenten wurde im Jahr 2020 bearbeitet. Ein jordanischer Biologe erfüllte die Kriterien und wird voraussichtlich dem Team am JMSC beitreten. Eine nächste Ausschreibungsrunde ist für 2021 geplant.

 

Referenz

Schweitzer, M. D. et al., (2018). Lung health in era of climate change and dust storms. Environ Res., 163, 36-42.