6 popularnych plastików w wodzie samo wytwarza agresywne rodniki. Nowe badanie w „Nature”

O mikroplastiku mówiło się dotąd głównie jako o śmieciu: jest wszędzie, trafia do wody, jedzenia i krwi, ale sam z siebie nic nie robi. Praca opublikowana 14 października w „Nature” podważa tę drugą część. Wystarczy, że plastik ma kontakt z wodą, i na jego powierzchni zaczynają powstawać rodniki hydroksylowe, jedne z najbardziej reaktywnych cząsteczek, jakie zna chemia.

Badanie prowadził zespół prof. Wei Mina z Columbia University w Nowym Jorku, pierwszą autorką jest Naixin Qian z jego laboratorium. Obliczenia i symulacje wykonała grupa prof. Teresy Head-Gordon z University of California w Berkeley.

Sześć tworzyw, które mamy w domu

Chemicy wzięli sześć plastików, z których zrobiona jest większość rzeczy wokół nas: polietylen (reklamówki, folie), polipropylen (pojemniki, nakrętki), polistyren (kubki, tacki), PVC (rury, wykładziny), PET (butelki) i akryl (PMMA, czyli pleksi). Każdy rozdrobnili i zanurzyli w wodzie.

Rodniki powstawały przy wszystkich sześciu. Nie trzeba było do tego światła, ciepła ani żadnego katalizatora, a reakcja nie gasła z czasem. Obecność rodników potwierdzono dwiema niezależnymi metodami: spektroskopią rezonansu spinowego i sondą fluorescencyjną.

Najmocniej reagowały polietylen i polipropylen, najsłabiej PET i akryl. Klucz to hydrofobowość, czyli to, jak bardzo powierzchnia odpycha wodę. Im bardziej plastik jej „nie lubi”, tym więcej rodników powstaje. Gdy badacze pokryli cząstki środkiem powierzchniowo czynnym, czyli w praktyce czymś w rodzaju detergentu, reakcja wyraźnie słabła.

Woda przy plastiku zachowuje się inaczej

Skąd to się bierze? Według symulacji z Berkeley cząsteczki wody tuż przy powierzchni plastiku układają się inaczej niż w głębi szklanki. W takim zaburzonym układzie jony wodorotlenkowe łatwiej oddają elektrony i zamieniają się w rodniki.

– Woda jest tu aktywnym graczem, a nie tylko widzem – mówi Wei Min. Head-Gordon dodaje, że najbardziej wodoodporne mikroplastiki w kontakcie z wodą mogą wręcz napędzać reakcje chemiczne.

Barwnik blednie, białka się zlepiają

Żeby sprawdzić, czy te rodniki coś realnie robią, zespół przeprowadził kilka prostych prób. Polistyren mieszany przez 10 dni z wodą zabarwioną oranżem metylowym odbarwił ją niemal w 90 proc. W rozpuszczalnikach organicznych, gdzie wody nie ma, nic takiego się nie działo.

Potem przyszła kolej na cząsteczki życia. Fragmenty DNA i białka osiadały na powierzchni plastiku, chętniej na polipropylenie niż na akrylu. Lizozym, białko obecne m.in. w ślinie i łzach, zbijał się w grudki wokół cząstek polistyrenu. Gdy do wody dodano kofeinę, która wyłapuje wolne rodniki, zlepiania było mniej. To mocna wskazówka, że winne są właśnie rodniki.

Krwinki rozpadały się na kawałki

Najbardziej obrazowa próba dotyczyła mysich czerwonych krwinek. W kontakcie z polistyrenem część z nich pękała na fragmenty przypominające kształtem hełmy, a z ich wnętrza wyciekała hemoglobina. Im bardziej reaktywny był dany plastik, tym więcej krwinek ulegało zniszczeniu.

– Reaktywne formy tlenu to podręcznikowy przykład cząsteczek, które mogą uszkadzać tkanki zwierząt i ludzi – mówi Naixin Qian.

Ile z tego dotyczy nas

Wszystko to działo się w probówkach i w symulacjach. Nikt nie badał jeszcze żywych zwierząt ani ludzi, nie wiadomo też, czy w organizmie stężenia plastiku i warunki są podobne do laboratoryjnych. Autorzy zapowiadają, że to będzie następny krok. June-Woo Park z Korea Institute of Toxicology, który nie brał udziału w badaniu, uważa, że najcenniejsze jest pokazanie samego mechanizmu. Zwraca uwagę, że badano cząstki mikrometrowe, a nie jeszcze mniejszy nanoplastik.

A tego nanoplastiku mamy wokół siebie sporo. Ten sam zespół z Columbii policzył w 2024 roku, że w litrze wody butelkowanej pływa średnio około 240 tys. wykrywalnych kawałków plastiku, z czego mniej więcej 90 proc. to nanoplastik. W tym samym roku „New England Journal of Medicine” opisał pacjentów, u których plastik znaleziono w blaszkach miażdżycowych w tętnicy szyjnej. W ciągu niespełna trzech lat mieli oni około 4,5 razy większe ryzyko zawału, udaru lub śmierci niż pacjenci bez plastiku w tętnicach. To była obserwacja, nie dowód, że winny jest plastik. Nowa praca podsuwa jednak możliwe wyjaśnienie, jak taki plastik mógłby szkodzić.

Źródła: Nature – Intrinsic physicochemical activity at microplastic–water interfaces, News-Medical – Scientists discover water-triggered reactions that may explain microplastic harm, Science Media Centre Spain – A study claims that microplastics in water are chemically active and could cause biological damage, Techlicious – Microplastics in water form chemicals that can damage cells, Hackaday – Busting The Myth That Plastics Are Chemically Inert In Water, Intelligent Living – Microplastics Are Not Inert