Allergene in der Stadt: Schafft die städtische Natur neue Gesundheitsrisiken?

Ambrosia ssp. kann starke allergische Reaktionen bei Menschen auslösen.

Allergene in der Stadt: Schafft die städtische Natur neue Gesundheitsrisiken?

Autorin: Dr. Maud Bernard-Verdier, FU Berlin

Im Jahr 2017, als das BIBS-Projekt noch ganz am Anfang stand, besuchte eine Medizinstudentin aus Spanien, Sara Mejia Lanunciòn, unsere Gruppe (Jonathan Jeschke’s AG: die Gruppe Ecological Novelty), um ein kleines Forschungsprojekt durchzuführen. Sie war daran interessiert, medizinische Fragen mit Ökologie zu verbinden, und dachte, dass allergene exotische Pflanzen ein sehr geeignetes Thema dafür wären. Als Ökologin für Pflanzengemeinschaften, die sich auf grundlegendere Fragen der Gemeinschaftsbildung und Pflanzenevolution konzentriert, muss ich zugeben, dass ich bis dahin nicht darüber nachgedacht hatte, aber sofort neugierig war.

Allergien sind in den Städten auf dem Vormarsch und da unsere Zukunft mehr und mehr verstädtert werden soll, sind Pollenallergien und die damit verbundenen chronischen Atemwegserkrankungen eines der wichtigsten Gesundheitsprobleme unserer Zeit. Seit Jahrzehnten schon erforscht die medizinische Forschung die komplizierten und oft rätselhaften Wirkungsweisen von Allergien, was zu beeindruckenden globalen Kooperationen geführt hat (http://www.worldallergy.org/). Die Forschung ist sich heute allgemein darin einig, dass die menschliche Bevölkerung in den Städten aufgrund verschiedener Faktoren wie Quersensibilisierung durch Luftverschmutzung oder andere Allergene, fehlende Exposition in der Kindheit oder ein stressiger Lebensstil, immer empfindlicher auf Pollen reagiert.

Dieser menschenzentrierte medizinische Ansatz hat jedoch nicht so sehr die pflanzliche Seite der Dinge berücksichtigt, d.h. welche Pflanzen in den Städten Pollen produzieren, welche Art von Allergenen sie produzieren und wann. Aus der Perspektive einer Ökologin, die sich für die funktionelle Vielfalt von Pflanzen interessiert, war mein unmittelbarer Gedanke deshalb natürlicherweise:

Wird die Vegetation mit zunehmender Urbanisierung immer allergener?

Die größten Verursacher von Pollenallergien in Städten sind wohl die Bäume, wobei Birken und Weiden in den meisten Städten in Europa oder den USA überall anzutreffen sind und im Frühjahr sehr große Mengen an Pollen produzieren. Obwohl sie geringere Mengen an Pollen produzieren, können Gräser und bestimmte Unkräuter (z.B. Ambrosia spp.) genauso allergieauslösend sein, wenn nicht sogar stärker als Bäume. Diese kleinen krautigen Pflanzen sind zudem tendenziell vielfältiger, schwieriger zu kartieren und zu kontrollieren. Dementsprechend hat sich ein Großteil der Forschung zu allergenen Stadtpflanzen auf Bäume konzentriert. Stadtbäume werden meistens gepflanzt, und während Landschaftsarchitekten in der Vergangenheit Allergieüberlegungen vielleicht ignoriert haben, kann die Wahl der Baumarten heutzutage so getroffen werden, dass Allergien minimiert werden. Zumindest in der Theorie. Die spontane städtische Vegetation ist jedoch eine andere Geschichte.

Spontane Gehölz- und Krautvegetation in Berlin, Deutschland. Links: Im städtischen Naturpark Südgelände wachsen zwischen stillgelegten Bahngleisen spontan Birken. Rechts: Die Wiesen auf dem alten, verlassenen Flughafen Tempelhof werden einmal im Jahr leicht gemäht.

Berlin ist eine Stadt mit einer einzigartigen Geschichte, die Bombenangriffe, sozioökonomische Umwälzungen und eine Vorliebe für große, schöne, gartenähnliche Friedhöfe miteinander verbindet. Ihre urbane Natur findet sich in einer Reihe großer städtischer Parks, in denen Bäume und Gräser zwischen verlassenen Eisenbahnschienen spontan und mit nur minimaler Bewirtschaftung wachsen. Berlins Ökologen sind seit den 1950er Jahren berühmte Pioniere der Stadtökologie, die sich, wie man erzählt, im Binnenland Westberlins der einzigen Natur zuwandten, zu der sie innerhalb der Mauer Zugang hatten…

Trotz jahrzehntelanger Forschung auf dem Gebiet der Stadtökologie sind wir immer noch weit davon entfernt zu verstehen, wie die städtische Umwelt die biologische Vielfalt beeinflusst. Einige Dinge, die wir wissen, sind: 1) exotische Arten sind in den Städten häufig anzutreffen; 2) einige Pflanzenarten können in städtischen Gebieten gedeihen, während andere zurückbleiben; 3) die städtische Umwelt, insbesondere das wärmere Mikroklima, das als städtische Wärmeinsel bezeichnet wird, hat einen großen Einfluss auf die Pflanzenbiologie und das Funktionieren des Ökosystems, indem sie die Produktivität erhöht und die Phänologie verschiebt. Aber wir wissen immer noch sehr wenig über diese neuartigen städtischen Ökosysteme. Im BIBS-Projekt versuchen wir, diese Systeme besser zu verstehen.

Mit Hilfe von Vegetationserhebungen, die von Birgit Seitz und Mitarbeitern des Fachgebiets Ökosystemkunde / Pflanzenökologie der Technischen Universität Berlin durchgeführt wurden, habe ich versucht, die allergenen Eigenschaften städtischer Grünlandgesellschaften zu beschreiben, und zwar mit dem gleichen Ansatz, den ich bei einer Studie über die Vielfalt funktionaler Merkmale in Pflanzengesellschaften anwenden würde

Allergenmoleküle, die im Pollen der einheimischen krautigen Artemisia vulgaris identifiziert wurden.

Zuerst habe ich gemeinsam mit Studierenden so viele online verfügbare Informationen wie möglich über allergene Eigenschaften von Pflanzen gesammelt. Sara hatte 2017 mit einer ersten Datensammlung den Grundstein gelegt, aber es stellte sich heraus, dass es viele (viele) Quellen gibt, und die meisten sind online frei zugänglich! Mehrere Online-Datenbanken listen unser aktuelles Wissen über die in den Pollen der einzelnen Arten gefundenen Allergenmoleküle auf. Einige sind streng kuratiert (WHO-Daten: http://www.allergen.org/), während andere alle veröffentlichten allergenen Proteine zusammenfassen, mit unterschiedlichem Grad an klinischer Unterstützung (http://www.allergome.org/). Die Vielfalt und Heterogenität dieser neuen Welt medizinischer Daten bedeutet, dass es mich einige Zeit gekostet hat, sie zu bereinigen und aufzubereiten. Zunächst war es ein Nebenprojekt, an dem ich immer dann arbeitete, wenn ich vom Labor oder vom Feld frei hatte. Es hat sich ausgezahlt, denn wir haben jetzt einige aufregende Ergebnisse in einem Manuskript zusammengestellt, das hoffentlich bald veröffentlicht sein wird.

 

Es stellt sich heraus, dass Grasland im Stadtkern tendenziell stärker allergen ist als außerhalb des urbanen Kerns. Wir zeigen, dass dies mittels dreier Mechanismen geschieht: 1) Die Artenzusammensetzung verschiebt sich mit der Verstädterung und umfasst eine höhere Anzahl allergener Pflanzen, meist exotische Pflanzen; 2) diese exotischen allergenen Pflanzen neigen dazu, mit der Verstädterung kollektiv eine größere chemische Vielfalt von Pollenallergenen zu produzieren, und 3) exotische Pflanzen blühen später und verlängern die Allergie-Saison im Stadtkern bis in den Herbst hinein.

Es war überraschend, dass exotische Pflanzen so deutlich zu den Mustern der Veränderung der Allergenität in den Städten beitragen. Exoten im Berliner Grünland sind nicht häufiger allergen als Einheimische, und beide Kategorien machen etwa 30 % der allergenen Arten aus. Die große Mehrheit (80%) der allergenen Arten in diesen Grasländern sind in Wirklichkeit einheimische Arten. Allerdings scheinen sich die einheimischen Allergene im Zuge der Urbanisierung in ihrer Häufigkeit und Vielfalt nicht verändert zu haben, während dies für die Exoten der Fall ist.

Darüber hinaus trugen exotische Pflanzen, insbesondere die in den letzten fünf Jahrhunderten neu eingeführten Pflanzen (d.h. Neophyten), zu einem bemerkenswert vielfältigen Pool von Allergenmolekülen bei (Abbildung 3). Bei 10 allergenen Pflanzenarten steuern die Einheimischen im Durchschnitt 12 verschiedene biochemische Allergenfamilien bei, während Neophyten doppelt so viel beitragen. Neophyten werden nach wie vor kontinuierlich aus verschiedenen Regionen der Erde eingeführt, und die Vielfalt ihrer evolutionären Ursprünge könnte einer der Gründe für die hohe Allergenvielfalt sein.

Saisonale Verteilung der allergenen Arten und Allergenfamilien im Berliner Grünland entlang des Urbanisierungsgradienten.

Die Grünlandstandorte werden in drei ausgewogene Gruppen (n = Anzahl der Grünlandparzellen) entsprechend dem prozentualen Anteil der undurchlässigen Fläche in einem 500 m-Puffer geclustert: <7 % für ländernahes Grünland; zwischen 7 % und 30 % für niedrigstädtisches Grünland; >30 % für hochstädtisches Grünland.

(a-c) Anzahl der jeden Monat blühenden allergenen Arten. Die Arten werden nach ihrem floristischen Status unterteilt: Einheimische (grün), ältere Exoten (z.B. Archäophyten in orange) und Neophyten (rot).

(d-f) Potenzielle Anzahl einzigartiger biochemischer Allergenfamilien, die pro Monat produziert werden. Da einige biochemische Familien zwischen den floristischen Statusgruppen redundant waren, ist die Gesamtzahl der einzigartigen Allergenfamilien (graue Linie) nicht gleich den drei Gruppen.

Sollten wir uns also über das Gesundheitsrisiko von städtischem Grasland Sorgen machen?

Städtische Natur und biologische Vielfalt sind im Allgemeinen vorteilhaft, da sie eine breite Palette von Ökosystemfunktionen und -leistungen bieten. Mögliche „Disservices“ wie z.B. Allergene sollten jedoch auch berücksichtigt werden. Die medizinische Allergie-Literatur sagt uns, dass die Wirkung von Allergenen in der Umwelt alles andere als einfach ist. Während sich Allergien nur dann entwickeln können, wenn ein Allergen in der Umwelt vorhanden ist und sich die Allergiesymptome bei höheren Allergendosen verschlimmern, kann eine unzureichende Allergenexposition, insbesondere in der Kindheit, ebenfalls ein Problem darstellen. Aus diesem Grund wirkt die Immuntherapie, und diese kontraintuitive Dosis-Wirkung macht die Sache komplizierter. Einige medizinische Forscher haben die Sorge geäußert, dass unsere zunehmend städtische Bevölkerung möglicherweise tatsächlich nicht genügend Allergene bekommt. Eine kürzlich in Neuseeland durchgeführte Studie zeigte, dass das Aufwachsen in einer sehr vielfältigen und grünen Umgebung mit einer geringeren Allergieprävalenz verbunden ist. Dieser positive Effekt schien jedoch zunichte gemacht zu werden, wenn die Vegetation exotisch war! Dies könnte auf die Exoten selbst zurückzuführen sein oder auf die Tatsache, dass die von Exoten besiedelte Vegetation tendenziell weniger vielfältig ist.

Insgesamt scheint sich trotz widersprüchlicher Muster ein Konsens herauszubilden, dass die Exposition gegenüber einer vielfältigen und grünen Umwelt eher eine gute Sache ist, um Allergien zu verhindern. In Berlin nahm die Allergenvielfalt mit der Urbanisierung nicht ab, der Anteil der Grünflächen nahm jedoch drastisch ab. Eine Hauptursache für die Zunahme von Allergien in den Städten ist die Luftverschmutzung, die durch eine üppige und vielfältige städtische Vegetation gemildert werden kann. Daher bleiben grünere Städte, die eine Vielfalt spontaner einheimischer Vegetation begünstigen, ein wünschenswertes Ziel. Ein besseres Verständnis darüber, wie sich Urbanisierung auf Pflanzengemeinschaften auswirkt, könnte Leitlinien für die Planung und das Management einer vielfältigeren und grüneren Stadt liefern. Möglicherweise müssen Managementmaßnahmen umgesetzt werden, um die Auswirkungen der wichtigsten Allergene zu reduzieren, wie z.B. die Verringerung des Vorkommens invasiver und spät blühender Exoten und die Bereitstellung von Pollenfallen wie Gewässer oder bewaldete Gebiete.

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