Leuchten entlarvt Gift

Neuer Ansatz für rasche, selektive Bestimmung von Blei: Fluoreszenz-Sonde zeigt Gehalt des Schwermetalls an

Blei ist ein giftiges Schwermetall, das sehr gefährlich für Mensch und Umwelt werden kann. Bleivergiftungen zählen zu den häufigsten durch Umweltverschmutzung verursachten Erkrankungen. Für die rasche Diagnostik und Umweltanalytik vor Ort wäre ein einfacher, handlicher, aber zuverlässiger Bleinachweis eine wünschenswerte Ergänzung zu den konventionellen, instrumentell eher aufwändigen Labormethoden. Forscher von der University of Chicago sowie dem New Yorker Brookhaven National Laboratory präsentieren nun einen ersten Ansatz für einen solchen Blei-Schnelltest: Sie haben eine fluoreszierende Sonde entwickelt, die sehr selektiv auf Blei anspricht.
Nicht alle Lebewesen reagieren negativ auf Schwermetallionen, einige Organismen, z.B. Bakterien, haben Resistenzen entwickelt. Unter diesen Bakterien ist Ralstonia metallidurans der einzige bekannte Stamm, der über einen für Blei spezifischen Resistenzmechanismus verfügt. Dieser wird immer dann „angeworfen“, wenn das Bakterium in eine bleihaltige Umgebung gelangt. Es muss also in der Lage sein, die Blei-Ionen wahrzunehmen. Dazu hat es ein „Späher“-Protein, PbrR genannt, das nach Blei-Ionen „Ausschau hält“. PbrR dockt an einer Stelle der Bakterien-DNA an, die als „Ein-Aus-Schalter“ für die Bleiresistenz-Gene fungiert. Gelangen Blei-Ionen in die Zelle, binden diese an den „Späher“, der dabei seine Form so verändert, dass er die beiden Stränge der DNA ein wenig auseinander zieht – und damit die Gene „anschaltet“.

Dieses System machte sich das Forscherteam um Chuan He zu Nutze. Sie wählten jedoch nicht PbrR, sondern PbrR691, ein – funktionell zuvor noch nicht charakterisiertes – eng verwandtes Protein, das sich gentechnisch leicht in größeren Mengen herstellen lässt. Wie erhofft, erkennt auch dieser Verwandte Blei-Ionen. Nun galt es noch, die Bakterien-DNA leicht zu verändern: Innerhalb der „Schalter“-Region ersetzten die Forscher einen Adenin-Baustein durch ein fluoreszierendes Analogon. Fest eingebunden in die Doppelhelix der DNA fluoresziert es im bleifreien Normalzustand nicht. Bindet nun ein Blei-Ion an PbrR691, werden die beiden Stränge lokal auseinander gezogen. Dadurch ragt der fluoreszierende Baustein aus der Doppelhelix heraus und beginnt zu leuchten. Anhand der Fluoreszenz-Intensität lässt sich die Bleikonzentration der Probe bestimmen. Das Sondensystem reagiert etwa 1000fach empfindlicher auf Blei als auf andere Metallionen.

„Unsere Bleisonde ist eine Ausgangsbasis für die Entwicklung eines einfachen, bleispezifischen Analysenverfahrens,“ sagt He. „Außerdem erforschen wir, warum PbrR691 so selektiv Blei-Ionen bindet. Die Erkenntnisse könnten beim Design eines bleibindenden Gegenmittels bei Bleivergiftungen helfen.“