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 Neues Schiff für die Fischerei- und Meeresforschung
22.03.2017 | Johann Heinrich von Thünen-Institut, Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei

nachricht Mit voller Kraft auf Erregerjagd
22.03.2017 | Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

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: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Im Focus: Auf der Spur des linearen Ubiquitins

Eine neue Methode ermöglicht es, den Geheimcode linearer Ubiquitin-Ketten zu entschlüsseln. Forscher der Goethe-Universität berichten darüber in der aktuellen Ausgabe von "nature methods", zusammen mit Partnern der Universität Tübingen, der Queen Mary University und des Francis Crick Institute in London.

Ubiquitin ist ein kleines Molekül, das im Körper an andere Proteine angehängt wird und so deren Funktion kontrollieren und verändern kann. Die Anheftung...

Im Focus: Tracing down linear ubiquitination

Researchers at the Goethe University Frankfurt, together with partners from the University of Tübingen in Germany and Queen Mary University as well as Francis Crick Institute from London (UK) have developed a novel technology to decipher the secret ubiquitin code.

Ubiquitin is a small protein that can be linked to other cellular proteins, thereby controlling and modulating their functions. The attachment occurs in many...

Im Focus: Physiker erzeugen gezielt Elektronenwirbel

Einem Team um den Oldenburger Experimentalphysiker Prof. Dr. Matthias Wollenhaupt ist es mithilfe ultrakurzer Laserpulse gelungen, gezielt Elektronenwirbel zu erzeugen und diese dreidimensional abzubilden. Damit haben sie einen komplexen physikalischen Vorgang steuern können: die sogenannte Photoionisation oder Ladungstrennung. Diese gilt als entscheidender Schritt bei der Umwandlung von Licht in elektrischen Strom, beispielsweise in Solarzellen. Die Ergebnisse ihrer experimentellen Arbeit haben die Grundlagenforscher kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

Das Umwandeln von Licht in elektrischen Strom ist ein ultraschneller Vorgang, dessen Details erstmals Albert Einstein in seinen Studien zum photoelektrischen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

Über Raum, Zeit und Materie

22.03.2017 | Veranstaltungen

Unter der Haut

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Neues Schiff für die Fischerei- und Meeresforschung

22.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Mit voller Kraft auf Erregerjagd

22.03.2017 | Biowissenschaften Chemie