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Spürhunde im Auftrag der agrochemischen Industrie

In den 80er-Jahren untersuchte Thomas Class bei Professor Karlheinz Ballschmiter während des Chemiestudiums Umweltgifte wie Dioxin oder PCB. Das Thema Umwelt war in aller Munde, auch am Ulmer Eselsberg und führte zu Umbenennungen von Uni-Instituten, die mittlerweile schon wieder anders heißen. Der promovierte und habilitierte Chemiker Class blieb seinem Metier treu, blieb sogar auf dem Eselsberg. Allerdings schlug er nicht den Karriereweg an der Universität ein, sondern gründete 1992 das Auftragsforschungsunternehmen PTRL Europe GmbH.

PTRL Europe in Ulm prüft für die großen agrochemischen Konzerne wie BASF, Bayer oder Dupont, Dow Chemicals oder Sumitomo Pflanzenschutzmittel. Zu den Kunden gehören auch kleinere Unternehmen, die patentfreie Pflanzenschutzmittel vertreiben. Für den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln ist ähnlich wie bei Arzneimitteln eine Zulassung erforderlich. Dies erfordert viele Studien, auch zur Umwelttoxizität und deren Abbauprodukten und den Nachweis darüber, dass diese Pflanzenschutzmittel sich nicht mehr in den Pflanzen finden, wenn sie zu Lebensmitteln verarbeitet werden. Diese Studien schreibt der Gesetzgeber in Brüssel vor.

„Wir arbeiten für alle Großen“

Class untersucht nicht natürlich entstehende Gifte wie Aflatoxine, die bei Getreide entstehen, wenn man keine Fungizide einsetzt. Vielmehr sind es anthropogen erzeugte Substanzen, die unter Umständen in der Umwelt „persistieren“, die unverändert durch physikalische, chemische oder biologische Prozesse in der Umwelt verbleiben.

Pflanzenschutzmittel gelangen zwangsläufig in die Umwelt und unter Umständen auch in Lebensmittel. Deshalb sind deren Zulassung und Anwendung reglementiert; in Deutschland sind sie seit 1968 zulassungspflichtig. Die Anforderungen an Pflanzenschutzmittel sind im Laufe der Zeit immer höher geworden, so dass Pflanzenschutzmittel heute zu den am besten untersuchten chemischen Substanzen gehören, wie die deutsche Zulassungsbehörde, das Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit, sagt.

Thomas Class analysiert mit einer Lebensmittelchemikerin Messwerte einer Lebensmittelprobe. © Pytlik

Umfangreiches Dossier mit Daten und Tests

Die Wirkstoffe von Pflanzenschutzmitteln werden in der EU in einem Gemeinschaftsverfahren bewertet; die Zulassung der Handelsprodukte ist Sache der einzelnen Mitgliedstaaten. Beantragt ein Unternehmen die Zulassung von Pestiziden, muss es ein umfangreiches Dossier mit Daten und Tests vorlegen. Erforderlich sind Unterlagen zu den physikalischen und chemischen Eigenschaften, zur Analytik sowie für die Bereiche Wirksamkeit, Toxikologie, Rückstandsverhalten und Umweltverhalten. Die Studien müssen nach vorgegebenen Normen von zertifizierten Versuchseinrichtungen durchgeführt werden.

Studien zu alten wie neuen Substanzen

Studien zu neuen Pestiziden erfordern hochsensible und sensitive Analytik. © Pytlik
PTRL Europe erstellt Studien nicht nur zu altbewährten Pflanzenschutzmitteln, die eine Nachzulassung benötigen, was nach Class’ Worten analytisch teilweise sehr schwierig zu behandeln sei. Studien fertigt das Unternehmen auch für in Entwicklung befindliche, neue erstmals zuzulassende Pflanzenschutzmittel.

Diese neuen Pestizide seien im Vergleich zu alten oft um den Faktor 100 wirksamer und griffen noch spezifischer in Schadorganismen ein, was das Resistenzrisiko verringere. Für den analytischen Chemiker stellen diese modernen Substanzen eine Herausforderung dar, weil er deutlich geringere Konzentrationen untersuchen muss, Mengen, die der Umweltchemiker früher gar nicht hätte nachweisen können. Mittlerweile seien diese neuen Substanzen so gebaut, dass sie nur so lange in der Umwelt verbleiben, wie sie wirken.

PTRL Europe stand ursprünglich für Pharmacological and toxicological research laboratory. Am Kürzel hielt man fest, obwohl es mit dem heutigen Geschäftsfeld nur mehr wenig zu tun hat. Unter dem Kürzel sind zwei Firmen aktiv. Die eine hat ihren Sitz in der Bay Area nahe dem kalifornischen Berkeley mit Geschäftsführer Luiz Ruzo, der zusammen mit dem Ulmer Chemiker Thomas Class im Ulmer Science Park I PTRL Europe 1992 gründete. In beiden Laboren, am Pazifik und an der Donau, wird Auftragsforschung für die Zulassung von Pflanzenschutzmitteln und Bioziden sowie zu einem kleineren Teil von Chemikalien im Zuge von Reach (Registration, Authorisation and Restriction of Chemicals) betrieben.

An Pazifik und Donau

PTRL Europe in Ulm beschäftigt mittlerweile 30 Mitarbeiter, zwei Drittel davon sind Akademiker, Chemiker, Biologen, Lebensmittelchemiker und -technologen. In den Laboren im Ulmer Science Park I wird analytische Chemie durchgeführt und nach den Worten von Thomas Class praktisch umgesetzt, was an der Ulmer Universität zuvor gelehrt wurde. Class selbst war zwei Jahre als Postdoc an der University of Berkeley tätig, wo er sich intensiv mit Pestiziden beschäftigte. Dort lernte er auch seinen amerikanischen Partner kennen, der mit dem Ulmer Unternehmen verbunden ist.

Untersucht werden in den Ulmer Labors Pflanzenschutzmittel in Pflanzen, in Gemüse- und Obstproben. Die Bestimmungsgrenze liegt in der Regel bei 0,01 Milligramm pro Kilogramm. In konventionell erzeugten Lebensmitteln, erläutert Class, finden sich in der Regel Reste von Pflanzenschutzmitteln. Dies sei nicht weiter verwunderlich, denn Erdbeeren, wenn sie in den Wintermonaten aus der südlichen Hemisphäre eingeführt werden, müssen den Transport überleben.

Spurensuche in allen möglichen Proben

Extrakt von Pfirsichen aus Spanien - Welche Rückstände finden sich darin? © Pytlik

Diese chemischen Verbindungen kann das Ulmer Labor nachweisen, auch Substanzen bei Babynahrung, die um den Faktor Zehn verschärfte Richtlinien einhalten müssen. In den Laborräumen stehen unter anderem LC/MS-Geräte. Mit diesen Flüssigchromatographen, die mit Massenspektrometern gekoppelt sind, werden Substanzen aufgetrennt, identifiziert und/oder quantifiziert. Damit werden die Wirkstoffe und Metabolite der Pflanzenschutzmittel in allen möglichen Proben untersucht. Das zu untersuchende Probenmaterial kann sehr vielfältig sein, sei es landwirtschaftliches Erntegut, sei es Boden, Grund-, -Trink- und Oberflächenwasser. Auch tierische Matrizes wie Milch, Ei oder Fleisch werden auf Rückstände untersucht. Wird beispielsweise das Nutztier Kuh mit Maissilage gefüttert, finden sich im Fleisch möglicherweise noch (unbedenkliche) Rückstände des Pflanzenschutzmittels. Die Ulmer müssen zeigen, wie der Organismus der Kuh mit dieser Substanz umgeht. Dazu entwickeln und validieren sie analytische Methoden.

In den PTRL-Laboren kommen auch Gaschromatographen mit Massenspektrometern zum Einsatz. Diese Technologie diente nach Class’ Worten in den 80er- und 90er-Jahren zur Untersuchung der Umweltgifte. Das Ulmer Auftragsforschungsunternehmen arbeitet auch mit radioaktiv markierten Substanzen. Diese eignen sich zur Untersuchung des Metabolismus in Boden, Pflanze oder Tier. Mit radioaktiv markierten Tracern lasse sich auf molekularer Ebene der Stoffwechsel der Substanzen verfolgen. Dies setzt PTRL im Radioaktivitätslabor mit den Geräten zur Bestimmung von Radioaktivität in den selber erzeugten Proben wie dem Flüssigszintillationszähler um. Mit diesem Gerät lassen sich Energie und Intensität ionisierender Strahlung messen.

Aktuell arbeitet das Ulmer Labor an einem Auftrag eines großen Chemieunternehmens, das sein seit Jahrzehnten auf dem Markt befindliches Fungizid erneut zulassen will. Dazu muss man wissen, dass die Zulassung von Pflanzenschutzmitteln im Höchstfall zehn Jahre beträgt, danach muss erneut zugelassen werden. Dafür sind weitere neuere Studien, wie von der EU gefordert, notwendig; also Untersuchungen zum Abbau der Substanz im Boden, zum Verhalten in der Umwelt.

Bleiben Bienen und Regenwürmer schadlos?

Das Studiendesign hat sich in den letzten Jahren immer mehr verfeinert; neue Erkenntnisse der Wissenschaft müssen berücksichtigt werden. Neuere Anforderungen betreffen Untersuchungen zur möglichen Schädigung von Nützlingen wie Bienen oder Regenwürmern, die ergänzend in Studien eingebunden werden. Erteilt das Unternehmen den Ulmern den Auftrag, wird dort das Fungizid synthetisiert und mit radioaktiven C-14-Atomen markiert. Damit lassen sich die Abbauprodukte im Boden und Wasser weiterverfolgen.
Löst sich das Fungizid nicht im Wasser und ist es noch leicht flüchtig, ist es also analytisch anspruchsvoll, wird oft die Ulmer Expertise gefragt. Dann werden die anderen Abbauprodukte verfolgt, wird untersucht, ob die wässrige Photolyse anders verläuft oder ob andere chemische Verbindungen gebunden werden, ehe dann unter künstlicher Labor-Sonne die Substanz auf Bodenproben gegeben wird, auf feuchte oder aktive Boden-Matrizes.

Schließlich wird die radioaktive Substanz auf lebendem Boden im Dunkeln aufgetragen. Danach werden Proben inkubiert und die Dauer des mikrobiellen Abbaus und die dabei entstehenden Produkte gemessen. Falls sich darunter auch toxische finden, wird diese Spur weiter verfolgt. In den folgenden Studien wird untersucht, wie lange das Toxin bis zu seiner vollständigen Mineralisierung benötigt, ob es total in den Boden eingebaut oder als radioaktives Kohlenstoffdioxid freigesetzt wird. Schließlich gilt es in einer weiteren Studie zu klären, wie die Substanz im anaeroben Milieu verstoffwechselt wird; denn Fungizide können auch in sauerstofffreie Sedimente des Bodens geraten. Hier interessiert die Ulmer, ob sich die Substanz ohne Sauerstoff langsamer abbaut oder ob möglicherweise andere Metaboliten entstehen.

Ohne Verwaltung: Zeit fürs Wesentliche

Alle zulassungsrelevanten Studien müssen der guten Laborpraxis genügen, die im Chemikaliengesetz festgelegt ist. Entsprechend muss sich das Ulmer Labor alle vier Jahre einer Zertifizierung unterziehen. Das Ulmer Labor erstellt nicht nur Studienpakete, sondern auch Einzelstudien. „Wir sind eine kleine, aber schlagkräftige Organisation“, beschreibt Thomas Class die Vorzüge seiner Firma, die ohne Verwaltungsüberbau auskommt. Damit lassen sich Studien exakt planen und schnell durchführen, sagt der wissenschaftliche Direktor von PTRL, der in Personalunion auch sein eigener kaufmännischer Direktor ist, der sich die Anschaffung eines technisch notwendigen Gerätes selbst genehmigt, ohne den Weg durch mehrere Instanzen gehen zu müssen.

So laufen in den Ulmer Laborräumen oft zwanzig Studien parallel. Deren Erstellung einschließlich eines bis zu 60 Seiten umfassenden, in Englisch abgefassten Berichtes erstreckt sich im Schnitt über ein bis drei Monate. Aufwändige Langzeitstudien können ein bis drei Jahre laufen, wie beispielsweise die zur Identifizierung von Metaboliten für ein Pestizid des Schweizer Unternehmens Syngenta.

„Qualität lässt sich nur über die Zeit beweisen“, sagt Class. Studien haben Langzeitwirkung und liefern auch die Entscheidungsgrundlage dafür, ob die Auftragsfirma die Produktion eines Fungizids oder Herbizids weiterfahren kann. In den fast zwanzig Jahren seines Bestehens hat sich das Ulmer Unternehmen einen Namen gemacht in der agrochemischen Branche. Auf Hochglanzbroschüren und aufwändige Werbung kann PTRL nach Class’ Worten verzichten. So bleibt Zeit für das eigentliche Geschäft.

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