Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein Schutzschild gegen das Schwermetall Uran

06.06.2016

Mikroorganismen können das Schwermetall Uran besser vertragen, wenn Glutathion vorliegt, ein aus drei Aminosäuren aufgebautes Molekül. Das haben Wissenschaftler vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und der Universität Bern jetzt nachgewiesen, indem sie den Wärmehaushalt von Zellen genau unter die Lupe nahmen. Dabei fanden sie heraus, dass Glutathion als effizientes Entgiftungsmittel wirkt. Die Untersuchungen liefern wichtige Erkenntnisse für die biologische Sanierung von Abraumhalden und anderen belasteten Gebieten mithilfe von Bakterien oder Pflanzen.

Lebende Zellen sind kleine Kraftwerke, in denen eine Vielzahl von chemischen Reaktionen abläuft. Dabei werden winzige Wärmemengen frei. Setzt man Zellen Uran aus, kurbelt das ihren Stoffwechsel an, ohne aber zu gesteigertem Wachstum zu führen.


Wird Uran in das Molekül Glutathion eingebaut, sinkt die chemische Toxizität des Schwermetalls.

HZDR / Karim Fahmy

Diese Extraarbeit ist als erhöhte Wärmeabgabe der Organismen nachweisbar – ein Zeichen für ihren Kampf gegen das Gift. Das vierköpfige Team aus Dresden und Bern (Dr. Muhammad H. Obeid, Dr. Jana Oertel, Prof. Marc Solioz, Prof. Karim Fahmy) hat eine sehr empfindliche Methode aufgebaut, die sogenannte Mikrokalorimetrie, mit der diese Leistung gemessen werden kann – selbst wenn sie nur im Bereich von einem Mikrowatt (einem Millionstel Watt) liegt.

Die Forscher ermitteln bei ihren Versuchen zudem die Zellzahl der Kulturen und registrieren so, wie sich die Zellen teilen und wachsen. Karim Fahmy fasst die Ergebnisse zusammen: „Wir haben festgestellt, dass der Stoffwechsel mit Uran ineffizienter wird.

Die Zellen produzieren mehr Wärme, aber nicht mehr Zellen. Sie fiebern quasi!“ Die Organismen verwenden ihre Energie offenbar für Abwehrmechanismen statt für Wachstum. Ein ganz anderes Bild ergibt sich, wenn Glutathion zugegen ist. Dann nämlich wachsen die Zellen weiterhin. „Glutathion senkt die chemische Toxizität von Uran. Die Zellen halten die Belastung besser aus“, sagt der Biophysiker.

Für die Untersuchungen wurde ein Bakterium aus der Käseherstellung gewählt, Lactococcus lactis. Die Forscher nutzten einen Stamm, der über eine künstlich eingebaute Erbanlage für die Glutathion-Herstellung verfügt. Das Gen kann wahlweise ein- oder ausgeschaltet werden. So lässt sich genau kontrollieren, ob die Zellen Glutathion herstellen oder nicht. Karim Fahmy: „Wir haben damit ein sauberes Modell vorliegen und müssen das Glutathion nicht von außen zugeben.“ Störende Faktoren sind somit ausgeschlossen.

Die neuen Erkenntnisse über die schützende Wirkung von Glutathion sind wichtig für innovative Strategien der biologischen Schwermetall-Dekontamination in der Umwelt. Mit dieser sogenannten Bioremediation versucht man, Pflanzen oder Bakterien für die Sanierung von belasteten Standorten einzuspannen.

Die Organismen nehmen die Schadstoffe auf, die über eine nachfolgende „Ernte“ kontrolliert aus dem Bereich entfernt werden. Das Verfahren erscheint auch für Uran-Dekontaminationen geeignet. Wie aus den Erkenntnissen der HZDR-Forscher deutlich wird, sollte man dabei bevorzugt auf solche Organismen setzen, die über eine eigene Glutathion-Biosynthese verfügen.

Glutathion ist schon länger als „Entgifter“ im Gespräch, da es zu den Antioxidantien zählt und beispielsweise freie Radikale unschädlich macht. Allerdings fehlte es bislang an handfesten Nachweisen für seine schützende Wirkung gegen Uran. Die Dresdner Forscher haben dies nun nachgeholt. Besonders aussagekräftig sind die Ergebnisse, da sie an lebenden Organismen gewonnen wurden.

Unlöslicher und deshalb ungiftiger Komplex

Die Forscher konnten weiterhin Anhaltspunkte gewinnen, wie das Zusammenspiel von Schwermetall und Glutathion funktioniert. Karim Fahmy: „Wir sehen, dass Uran an die Carboxylgruppe von Glutathion bindet. Das ergibt einen unlöslichen Komplex, der nicht mehr giftig ist.“ Dies gilt für den untersuchten Konzentrationsbereich von 10 bis 150 Mikromol Uran – einem Gehalt, der typischerweise an belasteten Standorten im Erzgebirge vorliegt.

Bei Kupfer, so ergaben Vergleichsmessungen, laufen dagegen ganz andere Reaktionen im Zellinnern ab. Glutathion vermag hier keine schützende Wirkung zu entfalten. Die Messung von Stoffwechselwärmen für die umweltrelevante Risikobewertung von Schwermetallen wird am Institut für Ressourcenökologie des HZDR intensiv vorangetrieben. Die einzigartige Möglichkeit, dort auch mit radioaktiven Metallen zu arbeiten, erzeugt völlig neue Erkenntnisse über die Wirkung gering konzentrierter medizinisch und umweltbiologisch relevanter Radionuklide auf Organismen.

Publikation: Muhammad H. Obeid, Jana Oertel, Marc Solioz, Karim Fahmy, „Mechanism of attenuation of uranyl toxicity by glutathione in Lactococcus lactis“, in: Applied and Environmental Microbiology June 2016 (doi:10.1128/AEM.00538-16)

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Karim Fahmy
Institut für Ressourcenökologie am HZDR
Tel: +49 0351 260-2952 | E-Mail k.fahmy@hzdr.de

Medienkontakt:
Christine Bohnet | Pressesprecherin & Leitung HZDR-Kommunikation
Tel. +49 351 260-2450 | E-Mail: c.bohnet@hzdr.de
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf | Bautzner Landstr. 400 | 01328 Dresden | www.hzdr.de

Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) forscht auf den Gebieten Energie, Gesundheit und Materie. Folgende Fragestellungen stehen hierbei im Fokus:
• Wie nutzt man Energie und Ressourcen effizient, sicher und nachhaltig?
• Wie können Krebserkrankungen besser visualisiert, charakterisiert und wirksam behandelt werden?
• Wie verhalten sich Materie und Materialien unter dem Einfluss hoher Felder und in kleinsten Dimensionen?
Das HZDR ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, hat vier Standorte (Dresden, Leipzig, Freiberg, Grenoble) und beschäftigt rund 1.100 Mitarbeiter – davon etwa 500 Wissenschaftler inklusive 150 Doktoranden.

Weitere Informationen:

https://www.hzdr.de/presse/bioremediation

Dr. Christine Bohnet | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen
09.12.2016 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

nachricht Wolkenbildung: Wie Feldspat als Gefrierkeim wirkt
09.12.2016 | Karlsruher Institut für Technologie

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: Elektronenautobahn im Kristall

Physiker der Universität Würzburg haben an einer bestimmten Form topologischer Isolatoren eine überraschende Entdeckung gemacht. Die Erklärung für den Effekt findet sich in der Struktur der verwendeten Materialien. Ihre Arbeit haben die Forscher jetzt in Science veröffentlicht.

Sie sind das derzeit „heißeste Eisen“ der Physik, wie die Neue Zürcher Zeitung schreibt: topologische Isolatoren. Ihre Bedeutung wurde erst vor wenigen Wochen...

Im Focus: Electron highway inside crystal

Physicists of the University of Würzburg have made an astonishing discovery in a specific type of topological insulators. The effect is due to the structure of the materials used. The researchers have now published their work in the journal Science.

Topological insulators are currently the hot topic in physics according to the newspaper Neue Zürcher Zeitung. Only a few weeks ago, their importance was...

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochgenaue Versuchsstände für dynamisch belastete Komponenten – Workshop zeigt Potenzial auf

09.12.2016 | Seminare Workshops

Ein Nano-Kreisverkehr für Licht

09.12.2016 | Physik Astronomie

Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen

09.12.2016 | Biowissenschaften Chemie