Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schwimmende Einzeller. Wie Kleinstorganismen Umweltgifte aufspüren

09.10.2001


Im täglichen Kampf gegen Gift- und Schadstoffe werden die zuständigen Behörden und Organisationen nicht nur durch die kriminelle Energie vieler Umweltsünder behindert. Auch mangelhafte oder umständliche Testverfahren unterlaufen einen effizienten und langfristigen Umweltschutz. Dieses Problem möchte Dr. Wilfried Pauli vom Institut für Biochemie der Freien Universität Berlin lösen. Er arbeitet an einer schnellen und zuverlässigen Methode der biologischen Umweltgifterkennung, mit deren Hilfe noch vor Ort die Toxizität der fraglichen Stoffe bestimmt werden kann. Nutznießer dieses Verfahrens sind mobile Umweltlabore, Industriebetriebe, staatliche Institutionen und Privathaushalte, die schnell und unkompliziert ausgetretene Stoffe auf eine mögliche Beeinträchtigung der Umwelt testen möchten.


Anlass des Forschungsprojekts von Dr. Wilfried Pauli ist der anhaltende Bedarf nach schnellen und zuverlässigen Methoden der Giftdetektion. Bis heute werden im Bereich des Umweltmonitoring hauptsächlich chemisch-analytische Tests durchgeführt. Für diese spricht eine mittlerweile hohe Standardisierung, anerkannte Zuverlässigkeit und Nachweisempfindlichkeit. Im alltäglichen Umgang mit potentiell giftigen Stoffen sind sie aber oft zu zeitintensiv und aufwendig. Ein weiterer Nachteil liegt in der Genauigkeit, mit der chemische Tests durchgeführt werden müssen. Bereits vor dem Verfahren muss festgelegt werden, nach welcher Unbekannten gesucht werden soll. Auch über die toxische Wechselwirkung verschiedener Inhaltsstoffe untereinander sagen chemische Analysen nur wenig aus, Giftigkeit und tatsächliche Umweltbelastung können oft nicht adäquat beurteilt werden. Im Unterschied zu den chemischen Testverfahren, die präzise eine bestimmte Chemikalie untersuchen und nachweisen, geben biologische Tests Auskunft über die allgemeine Toxizität einer Substanz. Sie erlauben noch vor Ort, über Giftigkeit oder Unbedenklichkeit zu entscheiden und bieten sich als erster Schritt an, um mögliche Gefahrenquellen zu erkennen und entsprechend zu handeln.

Hauptproblem dieser biologischen Untersuchungsverfahren war lange Zeit die eingeschränkte Verfügbarkeit und Störanfälligkeit der genutzten Organismen. Dieses Problem könnte nun durch Verwendung der Tetrahymena gelöst werden. Dieser Einzeller, in der Natur in großer Zahl vertreten, verfügt über eine überaus sensible Membranhülle, die es ihm ermöglicht, kleinste Umweltveränderungen und chemische Reize wahrzunehmen. Befindet sich ein solches schwimmendes Wimpertierchen in der Nähe einer Gefahrenquelle, kann es innerhalb kürzester Zeit reagieren und ausweichen. Der von Forschern auch als "Laborhaustier" bezeichnete Mikroorganismus ist, ähnlich wie Bakterien, leicht zu handhaben, gleichzeitig aber dem Zellenaufbau höher entwickelter Organismen sehr ähnlich.


Es ist diese Ähnlichkeit, die ihn für die moderne Giftdetektion so interessant macht. Da die meisten Gifte membranaktiv sind und zuerst die äußere Hülle der Zelle angreifen, sind sie auch anhand von chemosensorischen Reaktionen der Zellhülle nachweisbar. Gleichzeitig ist eine membranaktive Substanz immer potentiell toxisch, da lebenswichtige Funktionen der Zellmembran beeinträchtigt werden könnten. Anhand der messbaren Stärke der eingetretenen Meid- und chemosensorischen Reaktion wird die Toxizitätsintensität ermittelt. Der gesamte Vorgang der Vermeidungsreaktion, d.h. der Versuch des Mikroorganismus, der Gefahrenquelle auszuweichen und in einer sicheren Distanz zu bleiben, findet innerhalb von wenigen Sekunden statt. Obwohl aus Gründen der statistischen Sicherheit die Reaktion von bis zu 30.000 Organismen beobachtet wird, ist es das Ziel von Dr. Pauli, zukünftig innerhalb von weniger als 20 Minuten ein verwertbares Ergebnis zu erreichen. Dabei steht weniger die Frage einer Humantoxikologie im Vordergrund, d.h. ob ein betreffender Stoff explizit für den Menschen giftig ist, sondern vielmehr die Feststellung einer allgemeinen Basistoxikologie. Diese gibt Auskunft darüber, ob die Substanz überhaupt für isolierte lebende Zellen giftig ist.

Erste Validationsversuche wurden bereits erfolgreich durchgeführt. Das Verfahren wurde durch Versuche mit Schwermetallen, diversen organischen Verbindungen und anderen giftigen Substanzen, die in den unterschiedlichsten Kombinationen und Mengen in der Umwelt zu finden und eventuell auch toxisch sind, überprüft. Vor einer möglichen Anwendung müssen noch mögliche "Falsch-Positive" Reaktionen beseitigt werden. Dazu gehören bspw. Reaktionen der Einzeller, die nicht in einem direkten Bezug zu Umweltschadstoffen stehen. Als Einsatz in der Praxis sind vielfältige Situationen denkbar. Viele "Umweltmobile", die nur über einen einzigen Schnelltest - den Leuchtbakterientest - verfügen, sind an weiteren biologischen Tests interessiert. Zu den potentiellen Nutzern gehören aber auch Abwasserbetriebe, Kläranlagenbetreiber sowie Forschungseinrichtungen und private Haushalte. Eingebunden in biologische Testbatterien könnte der Test dazu beitragen, präzisere Aussagen über die Giftigkeit der Proben zu treffen.

Kajetan Tadrowski

Weitere Informationen erteilt Ihnen gern:
Dr. Wilfried Pauli, Institut für Biochemie der Freien Universität Berlin, AG Ökotoxikologie, Ehrenbergstr. 26-28, 14195 Berlin, Tel.: 030 / 838-53171, E-Mail: wpauli@zedat.fu-berlin.de

Ilka Seer | idw

Weitere Berichte zu: Einzeller Gefahrenquelle Giftigkeit Organismus

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Ökologie Umwelt- Naturschutz:

nachricht Paradiese in Gefahr: Bayreuther Studierende forschen auf den Malediven zu Plastikmüll in den Meeren
13.04.2017 | Universität Bayreuth

nachricht Ozeanversauerung: Wie individuell sind die Reaktionen?
06.04.2017 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Ökologie Umwelt- Naturschutz >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

„Microbiology and Infection“ - deutschlandweit größte Fachkonferenz in Würzburg

25.04.2017 | Veranstaltungen

Berührungslose Schichtdickenmessung in der Qualitätskontrolle

25.04.2017 | Veranstaltungen

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

„Microbiology and Infection“ - deutschlandweit größte Fachkonferenz in Würzburg

25.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Auf dem Weg zur lückenlosen Qualitätsüberwachung in der gesamten Lieferkette

25.04.2017 | Verkehr Logistik

Digitalisierung bringt Produktion zurück an den Standort Deutschland

25.04.2017 | Wirtschaft Finanzen