Mineralstaub enthält Partikel mit unterschiedlicher chemischer und mikrobieller Zusammensetzung, die Atemwegserkrankungen wie Asthma, Rhinitis oder Lungenentzündung verursachen oder verschlimmern können. Im DUSTRISK-Projekt "A risk index for health effects of mineral dust and associated Microbes" werden schädliche Aspekte von Mineralstäuben in Kombination mit anhaftenden Mikroben untersucht.

Ziel ist es, atmosphärische, klinische, epidemiologische, toxikologische und mikrobiologische Studien zu kombinieren und über eine rein massenbasierte Risikobewertung für Atemwegserkrankungen hinaus die Zusammensetzung der Stäube einzubeziehen und einen entsprechenden Risikoindex als Beratungsinstrument für die Öffentlichkeit und gefährdete Gruppen zu entwickeln.

Feldstudien, Laboruntersuchungen sowie Modellierungsstudien werden in Zusammenarbeit mit Partnern aus den Leibniz-Instituten DSMZ, FZB und IUL sowie aus Cabo Verde durchgeführt, darunter Krankenhäuser, Universitäten und öffentliche Gesundheitsinstitute.

Das Projekt DUSTRISK wurde im Rahmen des Leibniz-Wettbewerbs 2020 im Förderprogramm "Kooperative Exzellenz" gefördert, mit dem spezifische Forschungsansätze der Leibniz-Gemeinschaft auf der Grundlage von Diversität und Dezentralisierung gefördert werden sollen.

Zusammenfassung

Das DUSTRISK-Projekt hat eine umfassende Untersuchung der Gesundheitsrisiken durchgeführt, die durch die Exposition gegenüber mineralischem Staub und seinen mikrobiellen Bestandteilen entstehen. In dieser interdisziplinären Arbeit kooperierten vier Leibniz-Einrichtungen und zwei internationale Universitäten aus Cabo Verde und Portugal, um ein dringendes Umweltproblem im Kontext von Klimawandel und menschlicher Gesundheit anzugehen. Durch diese Zusammenarbeit konnte das Verständnis zentraler Aspekte – von Zusammensetzung und Exposition bis hin zu den gesundheitlichen Auswirkungen von Staub – deutlich vertieft werden. Diese Erkenntnisse bilden eine solide Grundlage für die Entwicklung evidenzbasierter Beratungsinstrumenten, die dem Gesundheitsschutz dienen, und unterstreichen zugleich die Bedeutung der Leibniz Collaborative Exzellent-Förderlinie.

Im Zentrum von DUSTRISK standen zwei Feldkampagnen, die sowohl die Innen- als auch Außenraumluft während Staubereignissen auf den Kapverdischen Inseln erfassten, sowie klinische Datenerhebungen in lokalen Krankenhäusern. Ergänzend wurden Sahara Bodenproben aus Niger und Mali einbezogen. Damit gewonnene Proben lieferten Informationen über die physikalischen, chemischen, mikrobiellen, toxikologischen und biophysikalischen Eigenschaften von Saharastaub. Das Projekt identifizierte chemische und mikrobielle Faktoren, die Entzündungen der Atemwege und oxidativen Stress auslösen können. Hervorzuheben ist die erstmalige detaillierte Untersuchung der Rolle von Spurenelementen (z. B. Eisen) und Endotoxinen in diesen Prozessen. Mithilfe eines neu entwickelten Luft-Flüssigkeits-Grenzflächenmodells wurden die Wirkungen von Staubpartikeln auf die menschliche Lunge simuliert und potenzielle Biomarker (CSF-2, CSF-3) für wüstenstaubinduzierte Gesundheitsrisiken identifiziert. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass Staubpartikel als Träger toxischer Stoffe wie Quecksilber und anderer Schwermetalle fungieren. Die Einbindung von Staubmineralogie in großräumige Modelle verbesserte zudem die Vorhersage der Staubzusammensetzung während des Transports. Verbesserte DNA-Extraktionsprotokolle für Proben mit geringer Biomasse und verschiedene Oxidationspotenzial-Assays erweiterten zudem die methodischen Möglichkeiten in der Staubforschung.

Geplante klinische Kohorten Studien konnten aufgrund pandemiebedingter Einschränkungen nicht vollständig umgesetzt werden, wodurch sich die Entwicklung eines umfassenden Beratungsinstruments verzögert. Dieses Ziel bleibt jedoch ein Schwerpunkt für künftige Forschungsarbeiten. Der finanzielle und zeitliche Projektplan wurde weitgehend eingehalten; zusätzliche Mittel und Ressourcen der Projektpartner ermöglichten trotz COVID-19-bedingter Schwierigkeiten den Erfolg der Feldkampagnen und die Verlängerung von Personalverträgen.  Insgesamt wurden bisher acht Artikel in renommierten Fachzeitschriften veröffentlicht (z. B. Journal of Hazardous Materials, Environment International, Atmospheric Environment, Environmental Research; u. a.; doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.135599, doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.137053, doi.org/10.1016/j.envint.2023.107732, doi.org/10.1016/j.envint.2024.108580, doi.org/10.5194/gmd-17-1271-2024). Weitere Manuskripte befinden sich in Begutachtung oder in der Vorbereitung. Die Ergebnisse wurden auf Konferenzen wie EGU, DUST2023 und EAC vorgestellt. Über Sensibilisierungskampagnen an Schulen und Universitäten in Cabo Verde sowie Medienberichte (z. B. Spiegel, Deutschlandfunk Nova) wurde zudem eine breite Öffentlichkeit erreicht. Die enge Zusammenarbeit verschiedener Disziplinen und Länder förderte den Wissenstransfer und trug zu methodischen Innovationen bei. DUSTRISK hat damit maßgeblich zum Verständnis von Staubexposition beigetragen und eine verlässliche Basis für zukünftige Präventionsansätze geschaffen.

DUSTRISK workshop: Leibniz Research Institute for Environmental Medicine, IUF, Düsseldorf

Cape Verde measurement campaign January - February 2022

An extensive sampling and measurement campaign at the Cape Verdian islands of Sao Vicente, where CVAO is located providing continuous aerosol measurements for years, and Santiago was conducted during the dust season, from January to February 2022.

The main strategy of the campaign was to measure dust along the path of the dust through the cities of Mindelo and Praia, two of the most populous cities in Cape Verde.

Continuous measurements of aerosol physical properties were conducted as well as mapping of pollution at ground level with mobile measurements.

Remote sensing measurements and dust event forecasts were performed throughout the campaign period.

Aerosols samples were collected at different particle size cutoffs which were later used for chemical, physical, microbiological and toxicological analyses. Additionally, sampling for bioaerosols was done.

Finally, these analyses will be further used to corrolate to the results of the epidemiological studies.

First DUSTRISK workhop at Leibniz Institute for Tropospheric Research, TROPOS

The first DUSTRISK workshop happened  from 7th to 8th of October 2021 at the Lebniz Institute for Tropospheric Research, TROPOS, Leipzig.

The workshop was mainly led by the students from Germany and Cape Verde presenting results from the first phase of the measurements in Cape Verde conducted in January 2021.
This was followed by a discussion coming up with an interdisciplinary strategy for the main campaign on January 2022.

The main outcome of this workshop was identifying the strengths and challenges of the first campaign and the planning of a scientifically robust main campaign.