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 Hochmodernes Forschungsflugzeug fliegt zurzeit über Europa
17.07.2017 | Universität Bremen

nachricht Baumgrenze wird nicht allein durch das Klima bestimmt
03.07.2017 | Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen

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: Physiker designen ultrascharfe Pulse

Quantenphysiker um Oriol Romero-Isart haben einen einfachen Aufbau entworfen, mit dem theoretisch beliebig stark fokussierte elektromagnetische Felder erzeugt werden können. Anwendung finden könnte das neue Verfahren zum Beispiel in der Mikroskopie oder für besonders empfindliche Sensoren.

Mikrowellen, Wärmestrahlung, Licht und Röntgenstrahlung sind Beispiele für elektromagnetische Wellen. Für viele Anwendungen ist es notwendig, diese Strahlung...

Im Focus: Physicists Design Ultrafocused Pulses

Physicists working with researcher Oriol Romero-Isart devised a new simple scheme to theoretically generate arbitrarily short and focused electromagnetic fields. This new tool could be used for precise sensing and in microscopy.

Microwaves, heat radiation, light and X-radiation are examples for electromagnetic waves. Many applications require to focus the electromagnetic fields to...

Im Focus: Navigationssystem der Hirnzellen entschlüsselt

Das menschliche Gehirn besteht aus etwa hundert Milliarden Nervenzellen. Informationen zwischen ihnen werden über ein komplexes Netzwerk aus Nervenfasern übermittelt. Verdrahtet werden die meisten dieser Verbindungen vor der Geburt nach einem genetischen Bauplan, also ohne dass äußere Einflüsse eine Rolle spielen. Mehr darüber, wie das Navigationssystem funktioniert, das die Axone beim Wachstum leitet, haben jetzt Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) herausgefunden. Das berichten sie im Fachmagazin eLife.

Die Gesamtlänge des Nervenfasernetzes im Gehirn beträgt etwa 500.000 Kilometer, mehr als die Entfernung zwischen Erde und Mond. Damit es beim Verdrahten der...

Im Focus: Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwandeln Strom in leuchtende Quasiteilchen

Starke Licht-Materie-Kopplung in diesen halbleitenden Röhrchen könnte zu elektrisch gepumpten Lasern führen

Auch durch Anregung mit Strom ist die Erzeugung von leuchtenden Quasiteilchen aus Licht und Materie in halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen möglich....

Im Focus: Carbon Nanotubes Turn Electrical Current into Light-emitting Quasi-particles

Strong light-matter coupling in these semiconducting tubes may hold the key to electrically pumped lasers

Light-matter quasi-particles can be generated electrically in semiconducting carbon nanotubes. Material scientists and physicists from Heidelberg University...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

10. Uelzener Forum: Demografischer Wandel und Digitalisierung

26.07.2017 | Veranstaltungen

Clash of Realities 2017: Anmeldung jetzt möglich. Internationale Konferenz an der TH Köln

26.07.2017 | Veranstaltungen

2. Spitzentreffen »Industrie 4.0 live«

25.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Basis für neue medikamentöse Therapie bei Demenz

27.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Aus Potenzial Erfolge machen: 30 Rittaler schließen Nachqualifizierung erfolgreich ab

27.07.2017 | Unternehmensmeldung

Biochemiker entschlüsseln Zusammenspiel von Enzym-Domänen während der Katalyse

27.07.2017 | Biowissenschaften Chemie