Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Biochemie - Frühwarnsystem für gefährliche

16.03.2001


Cyanobakterien sind in jedem natürlichen Gewässer

vorhanden, doch durch Überdüngung kommt es gerade im Hoch- und Spätsommer zu

einer massenhaften Vermehrung. Als geschlossene grüne Teppiche bedecken sie dann

die Wasseroberfläche.

Foto: M. Welker


Für Badende stellen sie ein ernstzunehmendes

Gesundheitsrisiko dar, da sie gefährliche Giftstoffe enthalten. An der TU Berlin

wurde ein System entwickelt, mit dem bereits im Frühjahr Gewässer auf eine

potenzielle Gefährdung untersucht werden können.

Foto: J. Fastner


Cyanobakterien sind mikroskopisch kleine einzellige Lebewesen. Im Sommer kommt es in freien Gewässern oft zu einer massenhaften Vermehrung dieser Blaugrünalgen. Für Badende stellen sie ein ernstzunehmendes Gesundheitsrisiko dar, da sie gefährliche Giftstoffe enthalten. An der TU Berlin wurde jetzt ein System entwickelt, mit dem bereits im Frühjahr Gewässer auf eine potenzielle Gefährdung untersucht werden können.

Wem im Sommer die Freibäder zu überfüllt und verchlort sind, der sucht sein Badevergnügen in der Natur. Doch ein Bad in freien Gewässern kann unerwünschte Folgen haben: Übelkeit, Erbrechen, gerötete Augen, Kopfschmerzen und manchmal auch Fieber. Der Grund sind Giftstoffe (Cyanotoxine) in Cyanobakterien. Die Bakterien sind in jedem natürlichen Gewässer vorhanden, doch durch die unnatürliche Überdüngung vieler Seen und Teiche kommt es gerade im Hoch- und Spätsommer zu einer massenhaften Vermehrung. Als geschlossene grüne Teppiche bedecken dann die Cyanobakterien die Wasseroberfläche.


Wissenschaftler vom Max-Volmer-Institut für Biophysikalische Chemie und Biochemie der Technischen Universität Berlin können nun mit ihrem Frühwarnsystem Cyanotoxine im Wasser feststellen. Bereits eine geringe Anzahl von Bakterien in einer Wasserprobe reicht aus, um die spezifische Zusammensetzung der Toxingemische bestimmen zu können. "Mithilfe zusätzlicher Daten wie zum Beispiel dem Phosphorgehalt des Gewässers können wir bereits im Frühjahr abschätzen, ob die Gefahr einer für den Menschen gefährlichen ’Wasserblüte’ der Cyanobakterien besteht", so Projektleiter Dr. Hans von Döhren.

Bei ihrer Analyse konzentrieren sich die TU-Wissenschaftler auf eine bestimmte Stoffgruppe der Cyanotoxine, die sogenannten Microcystine. Diese Stoffgruppe wird unter anderem im Cyanobakterium Microcystis gebildet. Das Toxin ist ein Peptid, das in erster Linie die Leber schädigt. Es blockiert Enzyme, die beim Energie- und Baustoffwechsel von Zellen eine wichtige Rolle spielen. Untersuchungen des Umweltbundesamtes in Berliner und Brandenburger Badeseen zeigen, dass gerade Microcystis und somit das Toxin im Sommer in großer Menge auftritt. Noch gibt es keine Grenzwerte für die Cyanobakterien-Belastung, nur einen Richtwert von der Badewasserkommission des Umweltbundesamtes. Dieser Richtwert wurde in den Untersuchungen zum Teil um das 10-fache, in zwei Fällen sogar um das 100-fache überschritten. "Menschen, besonders Kinder, würden sich bei einem Bad an einer solchen Stelle einer erheblichen gesundheitlichen Gefahr aussetzen", erklärt Dr. Hans von Döhren.


Um die Cyanotoxine in einer Wasserprobe zu bestimmen, setzen die Wissenschaftler eine spezielle Analysemethode ein, die "MALDI-TOF Massenspektrometrie". Bei dieser Methode werden die in der Probe enthaltenen Moleküle mit einem Laser ionisiert. Die entstandenen Ione werden dann in einem starken elektromagnetischen Feld (ca. 20 kV) beschleunigt und treffen nach einer Flugstrecke von ein bis drei Metern (abhängig vom Gerätetyp) auf einen Detektor. Dieser misst den Aufprall. Aus der Zeit, die das Ion für die Flugstrecke benötigte, lässt sich die Masse des Teilchens und seine chemische Struktur bestimmen. Die Analysen werden von der Firma Anagnostec in Luckenwalde durchgeführt. Ehemalige Mitarbeiter des TU-Instituts haben sich selbständig gemacht und Fördergelder ermöglichten die Anschaffung der aufwendigen und teuren Technik eines "MALDI-TOF Massenspektrometers".

In Deutschland liegt das größte Gefahrenpotenzial der Cyanotoxine für den Menschen beim Kontakt in Badegewässern. Bei Tieren, die stark cyanobakterienhaltiges Wasser trinken und so eine sehr hohe Dosis der Gifte zu sich nehmen, kann dies tödlich enden. Gerade für Kühe oder andere Weidetiere ist dies eine nicht zu unterschätzende Gefahr. Bei Trinkwasser besteht jedoch kein Risiko, da es überwiegend aus dem Grundwasser gewonnen wird und Cyanotoxine dort nicht in gefährlicher Konzentration vorliegen. Anders ist die Situation in Ländern, in denen Oberflächenwasser auch als Trinkwasser verwendet wird. In Europa sind davon Länder wie Portugal, Polen und die skandinavischen Staaten betroffen. Studien in China zeigen beispielsweise einen Zusammenhang zwischen dem Konsum von Cyanotoxin belastetem Trinkwasser und einer erhöhten Rate von Leberkrebserkrankungen auf.

Im Frühjahr nächsten Jahres ist das Projekt der TU Berlin abgeschlossen, dann könnte das Frühwarnsystem zur großflächigen Überwachung von Gewässern eingesetzt werden. Neben der Forschung am Toxin Microcystin arbeiten die Wissenschaftler am Max-Volmer-Institut daran, die Palette der bekannten Cyanotoxine zu erweitern und möglichst alle Stoffwechselprodukte der Cyanobakterien zu erfassen. Die neu gefundenen Stoffe sollen zusammen mit den bereits bekannten in einer Datenbank zusammengefasst und so das Frühwarnsystem verbessert werden. In weiteren Projekten des TU-Instituts werden die humantoxikologische und die pharmakologische Bedeutung dieser cyanobakteriellen Inhaltsstoffe untersucht.
Alexander Schlichter (as)


Datenbank
Ansprechpartner: Dr. Hans von Döhren, Max-Volmer-Institut für Biophysikalische Chemie und Biochemie, Technische Universität Berlin
Kontakt: Franklinstr. 29, 10587 Berlin, Tel.: 030/314-22697, E-Mail:  doehren@chem.tu-berlin.de, Internet:http://www.anagnostec.de
Fachgebiet: Biochemie
Projekt: CYANOTOX - Entwicklung von Frühwarnsystemen für Toxine aus Cyanobakterien

Weitere Informationen finden Sie im WWW:

Ramona Ehret |

Weitere Berichte zu: Biochemie Cyanobakterie Cyanotoxin Frühwarnsystem Gewässer Toxin

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Nesseltiere steuern Bakterien fern
21.09.2017 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Die Immunabwehr gegen Pilzinfektionen ausrichten
21.09.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

23. Baltic Sea Forum am 11. und 12. Oktober nimmt Wirtschaftspartner Finnland in den Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

6. Stralsunder IT-Sicherheitskonferenz im Zeichen von Smart Home

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

OLED auf hauchdünnem Edelstahl

21.09.2017 | Messenachrichten

Weniger (Flug-)Lärm dank Mathematik

21.09.2017 | Physik Astronomie

In Zeiten des Klimawandels: Was die Farbe eines Sees über seinen Zustand verrät

21.09.2017 | Geowissenschaften