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Erwin Schrödinger-Preis 2010 für die Entwicklung eines Arsendetektors

26.08.2010
Vor allem in Südostasien leiden Millionen Menschen an chronischer Arsenvergiftung, da das Trinkwasser stellenweise mit Arsen verseucht ist.

Bisher waren aufwändige chemische Analysen nötig, um die Arsenbelastung zu ermitteln, aber nun gibt es ein neues biologisches Testverfahren, das preiswert zuverlässige Aussagen trifft. Entwickelt wurde das neue Testverfahren von Professor Dr. Hauke Harms und Dr. Mona C. Wells vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ und Professor Dr. Jan-Roelof van der Meer von der Universität Lausanne. Dafür erhalten die Wissenschaftler den Erwin Schrödinger-Preis 2010, der mit 50.000 Euro dotiert ist.

Arsen ist hochgiftig und gerät in manchen Regionen der Erde durch die geologischen Verhältnisse oder Bergbauaktivitäten ins Trinkwasser. Vor allem in Südostasien, wo durch das rasche Bevölkerungswachstum in den letzten Jahrzehnten tiefere Grundwasservorkommen erschlossen werden mussten, sind mehr als 100 Millionen Menschen gefährdet. Eine chronische Arsenvergiftung führt zu schweren Hautschäden und Funktionsstörungen von Niere und Leber bis hin zu Krebs. Doch auch in Deutschland gibt es Regionen, in denen zum Beispiel der Erzbergbau das Grundwasser mit Arsen verseucht hat. Dabei sind die Arsenbelastungen besonders in Südostasien lokal so unterschiedlich, dass tatsächlich jeder einzelne Brunnen getestet werden müsste. Bisher waren dafür jedoch aufwändige Laboranalysen durch Experten nötig.

Professor Dr. Hauke Harms, Dr. Mona Wells und Professor Dr. Jan-Roelof van der Meer haben in den letzten Jahren ein neues Testverfahren entwickelt und als Marke ARSOlux® geschützt, das zuverlässig und innerhalb von zwei Stunden (Inkubationszeit) anzeigt, ob und wie stark das Wasser durch Arsen belastet ist. Dabei können auch Laien die neue Methode fachgerecht anwenden. Das Grundprinzip des Tests wurde an der Universität Lausanne in der Schweiz von der Arbeitsgruppe um Professor van der Meer entwickelt. Das Verfahren basiert auf Erkenntnissen aus der Mikrobiologie und nutzt gentechnisch veränderte Bakterien als so genannte Bioreporter. Dafür wurden in diese Bakterienstämme „Reportergene“ eingeschleust, die die Zellen zum Leuchten bringen, wenn sie mit Arsen in Kontakt kommen. Forscher um Professor Harms am Department für Umweltmikrobiologie des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung haben dieses Prinzip in den letzten Jahren systematisch weiterentwickelt. Dabei warten die gentechnisch veränderten Bakterien in gefriergetrockneter Form in Teströhrchen auf ihren Einsatz als Arsenreporter. Die Teströhrchen werden mit einer Wasserprobe gefüllt und im Anschluss in ein handliches Gerät gesteckt, mit dem die Helligkeit des Leuchtens (Lumineszenz) gemessen werden kann, die ein Maß für die Arsenkonzentration ist. Mit Hilfe von mathematischen Methoden hat Dr. Mona Wells am UFZ die Genauigkeit und Zuverlässigkeit dieses Verfahrens deutlich gesteigert, so dass es inzwischen sogar genauer arbeitet, als einfache chemische Analysen.

Das ARSOlux®-Verfahren ist mit rund 1,5 $ pro Test nicht nur deutlich preiswerter, sondern auch aussage-kräftiger als eine chemische Laboranalyse, sagen die Experten. Denn anders als eine rein chemische Analyse zeigen die Bioreporter-Bakterien an, wie stark Organismen bestimmte Chemikalien einbauen würden und treffen damit Aussagen zur Bioverfügbarkeit und damit auch zur Gesundheitsgefährdung durch vorhandene Substanzen.

In den letzten Jahren haben die Wissenschaftler das Verfahren in Messkampagnen in Vietnam und Bangla-desch erprobt und gezeigt, dass der ARSOlux®-Test auch im Einsatz robuste Ergebnisse zeigt. Mit Unter-stützung durch die Ausgründungsförderung Helmholtz-Enterprise-Fonds (HEF), die sich aus dem Impuls- und Vernetzungsfonds der Helmholtz-Gemeinschaft finanziert, haben die Wissenschaftler das patentierte Verfahren nun bis zur Marktreife weiterentwickelt und planen ein Unternehmen zu gründen, das ab 2011 die Messgeräte und dazu passenden Testkits produzieren und vertreiben wird. Die Geräte könnten zunächst in mobilen Krankenstationen in Bangladesch eingesetzt werden, die über die Dörfer fahren. Aber auch internationale Hilfsorganisationen könnten zu Kunden des Unternehmens werden und beim Brunnenbohren vorab testen, ob die Bohrung sicheres Trinkwasser liefern kann.

Zu den Preisträgern:
Professor Dr. Hauke Harms arbeitet auf dem interdisziplinären Feld zwischen Biologie und physikalischer Chemie und untersucht insbesondere die Bioverfügbarkeit von Chemikalien, also wie Chemikalien durch Organismen aufgenommen werden. Er leitet das Department für Umweltmikrobiologie am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ.

Die Chemikerin Dr. Mona C. Wells ist Expertin auf dem Gebiet der Modellierung von biologischen Prozessen und Mustererkennung bei biologischen Antworten auf chemische Reize. Sie hat durch statistische Verfahren die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Testverfahrens deutlich gesteigert. Die US-Amerikanerin Wells arbeitet seit 2008 als Gastwissenschaftlerin im Department für Umweltmikrobiologie am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung -UFZ.

Professor Dr. Jan-Roelof van der Meer ist Mikrobiologe und untersucht, wie Bakterien organische Umwelt-chemikalien abbauen. Er entwickelt dabei auch gentechnisch veränderte Bakterienstämme, die das Vor-handensein bestimmter Chemikalien deutlich anzeigen. Er leitet eine renommierte große Arbeitsgruppe an der Universität Lausanne.

Die Helmholtz-Gemeinschaft leistet Beiträge zur Lösung großer und drängender Fragen von Gesellschaft, Wissenschaft und Wirtschaft durch wissenschaftliche Spitzenleistungen in sechs Forschungsbereichen: Energie, Erde und Umwelt, Gesundheit, Schlüsseltechnologien, Struktur der Materie sowie Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr. Die Helmholtz-Gemeinschaft ist mit fast 30.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in 16 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 3 Milliarden Euro die größte Wissenschafts-organisation Deutschlands. Ihre Arbeit steht in der Tradition des großen Naturforschers Hermann von Helmholtz (1821-1894).

Ansprechpartner für die Medien:

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