Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Pflanzen gegen arsenbelastete Böden

16.11.2010
Zwei Gene, welche die Akkumulation und Entgiftung von Arsen in pflanzlichen Zellen kontrollieren, sind identifiziert worden. Dies ist das Ergebnis einer umfangreichen internationalen Zusammenarbeit, an der Labore aus der Schweiz, Südkorea und den USA sowie Mitglieder des nationalen Forschungsschwerpunkts (NCCR) Plant Survival beteiligt sind.

Diese Entdeckung eröffnet viel versprechende Perspektiven für die Reduktion der Anreicherung Arsens in Kulturen in Regionen von Asien, die durch dieses toxische Metalloid stark belastet sind, und für die Sanierung von mit Schwermetall verschmutzten Böden. Die Studie wird diese Woche in der renommierten Zeitschrift PNAS veröffentlicht.

Das Gewinnen von Grundwasser aus tiefen Gesteinsschichten in Südost-Asien sowie der Bergbau in China, Thailand oder den Vereinigten Staaten, haben dazu geführt, dass in vielen Gebieten der Arsengehalt des Wassers die von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) empfohlene Konzentration von 10 μg/L übersteigt. Wird dieser Grenzwert überschritten, so können gesundheitliche Probleme auftreten. Die Bevölkerung ist dieser Gefahr ausgesetzt, wenn sie kontaminiertes Wasser trinkt oder sich von Getreide ernährt, das auf arsenverschmutzten Böden kultiviert wurde. Von diesem Problem sind Menschen in der Grössenordnung einer zweistelligen Millionenzahl betroffen.

Eine jahrelange Exposition dieses giftigen Halbmetalls kann den Magen-Darmtrakt, die Nieren, Leber, Lungen und die Haut angreifen. Allein für Bangladesch wird angenommen, dass rund 25 Millionen Menschen Wasser trinken, das mehr als 50 μg/L Arsen enthält. Davon riskieren zwei Millionen Menschen, an einer durch dieses toxische Element verursachten Krebserkrankung zu sterben.

Toxische Metalle finden über Pflanzen Eingang in die Nahrungskette. So wird zum Beispiel Arsen in Reiskörnern gespeichert, was in den von diesem giftigen Metalloid verseuchten Regionen eine Gefahr für die Bevölkerung darstellt, da ihre Ernährung zu einem grossen Teil von diesem Getreide abhängt. Im Boden vorhandenes Arsen aber auch Cadmium wird von Pflanzen aufgenommen und in bestimmten Zellkompartimenten, den so genannten Vakuolen, gespeichert. Im Zellinnern wird der Transport von Arsen und seine anschliessende Akkumulation und Entgiftung in den Vakuolen von einer Kategorie von Peptiden – den Phytochelatinen – gewährleistet. Diese besitzen die Eigenschaft, giftige Metalloide zu binden. Bildlich gesprochen kann man sich einen Lastwagen vorstellen, an den ein Anhänger angehängt wird. Am Ende dieses Prozesses wird der «Lastwagen» mit «Anhänger» in den Vakuolen gespeichert.

«Da nun die Gene identifiziert wurden, die für den Transport und die Speicherung dieser Phytochelatin-Metalloid-Komplexe verantwortlich sind, haben wir Zugriff auf ein bis anhin fehlendes Glied der Entgiftung von giftigen Schwermetallen und Metalloiden. Dieses wurde von der wissenschaftlichen Gemeinschaft seit mehr als 25 Jahren gesucht», erklärt Enrico Martinoia, Professor für Pflanzenphysiologie an der Universität Zürich. Die Experimente, die an der Modellpflanze Arabidopsis durchgeführt wurden, können leicht auf die meisten Pflanzen wie z.B. Reis übertragen werden.

Enrico Martinoia ist einer der Leiter dieser Forschungsarbeit, an der auch die Labors der koreanischen Professorin Youngsook Lee von der Pohang University of Science and Technology (POSTECH) und Julian Schroeder, Professor für Biologie an der University of California in San Diego (UCSD) beteiligt sind. Zusammen mit Stefan Hörtensteiner, ebenfalls von der Universität Zurich, und Doris Rentsch von der Universität Bern, zählt er auch zu den drei Mitgliedern des NCCR Plant Survival, die den in der PNAS erschienenen Artikel verfasst haben.

Die Kontrolle dieser Gene dürfte es nun ermöglichen, Pflanzen zu entwickeln, die fähig sind, den Transfer giftiger Metalle von der Wurzel bis in die Blätter und die Samen zu unterdrücken, und folglich den Eintritt von Arsen in die Nahrungskette zu begrenzen. «Indem wird uns auf diese Gene konzentrieren», präzisiert Youngsook Lee, «können wir vermeiden, dass sich Schwermetalle in essbaren Pflanzenteilen wie den Körnern oder Früchten anreichern.»

Gleichzeitig haben die Forscher eine Methode entdeckt, wie Pflanzen produziert werden können, die mehr giftige Schwermetalle aufnehmen und speichern könnten, und die sich zur Entgiftung von verschmutzten Böden verwenden liessen. Diese Pflanzen würden anschliessend in Hochöfen verbrannt, um die toxische Elemente zu eliminieren.

Literatur:
Won-Yong Song, Jiyoung Park, David G. Mendoza-Cózatl, Marianne Suter-Grotemeyer, Donghwan Shim, Stefan Hörtensteiner, Markus Geisler, Barbara Weder, Philip A. Rea, Doris Rentsch, Julian I.Schroeder, Youngsook Lee, Enrico Martinoia: Arsenic tolerance in Arabidopsis is mediated by two ABCC-type phytochelatin transporters, in: PNAS, Doi: 10.1073/pnas.1013964107
Kontakt:
Prof. Enrico Martinoia
Universität Zürich
Tel. : +41 44 634 8222
enrico.martinoia@botinst.uzh.ch

Beat Müller | idw
Weitere Informationen:
http://www.uzh.ch/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Studien Analysen:

nachricht Tabakrauchen verkalkt Arterien stärker als reiner Cannabis-Konsum
11.04.2018 | Universität Bern

nachricht »Zweites Leben« für Smartphones und Tablets
16.03.2018 | Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Studien Analysen >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics