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Neue Verfahren helfen, Arsen in Reis und Fischen zu erkennen

12.09.2012
Neue Verfahren könnten künftig helfen, die Belastung von Lebensmitteln wie Reis oder Fisch durch Arsen besser zu erkennen.

Um das giftige Arsen, das in verschiedene chemischen Formen, auftreten kann, zu erkennen, bedienten sich die Wissenschaftler eines Tricks: Pflanzen haben im Laufe der Zeit Enzyme entwickelt, die ihnen helfen, mit Schwermetallen zurecht zu kommen, die sie über ihre Wurzeln aufnehmen. Damit soll es künftig möglich werden, auch die Arsenkonzentrationen in belasteten Reispflanzen zu bestimmen.

Foto: André Künzelmann/UFZ


Millionen Menschen in Südostasien verwenden arsenhaltiges Wasser zum Trinken oder für die Bewässerung der Felder. Das Arsen stammt aus geologischen Formationen und löst sich im Grundwasser. Über den Reis kann es dann in den Körper gelangen und dramatische Langzeitfolgen verursachen.

Foto: Sonja Knapp/UFZ

Kontaminierter Reis ist vor allem in Regionen von Indien, Bangladesh und Thailand, in denen auch das Grundwasser mit Arsen belastet ist, ein Problem, das Millionen Menschen betreffen kann, die Reis als Hauptnahrungsmittel nutzen oder belasteten Fisch essen.

Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ), der Universität Leipzig und der Universidad Autónoma de Puebla in Mexiko stellen deshalb neue Ansätze zur Arsenanalyse auf der gemeinsamen Jahrestagung der Fachgruppe Umweltchemie und Ökotoxikologie der GDCh und der SETAC-GLB in Leipzig vor.

Die Belastung mit Arsen in vielen Ländern Südostasiens gilt als die größte Vergiftungswelle der Menschheitsgeschichte. Millionen Menschen verwenden arsenhaltiges Wasser zum Trinken oder für die Bewässerung der Felder. Das Arsen stammt aus geologischen Formationen und löst sich im Grundwasser. Da es chronisch toxisch wirkt, werden die Folgen oft erst nach einem Jahrzehnt erkannt, wenn die verschiedenen Symptome zu Tage treten. Arsenikose zeigt sich an Flecken auf der Haut bis hin zu schweren Hautschädigungen. Es werden Blutgefäße und später Organe angegriffen. Die Krebsgeschwüre im Körper können dann zum Tod führen.

Um das giftige Arsen, das in verschiedene chemischen Formen, auftreten kann, zu erkennen, bedienten sich die Wissenschaftler eines Tricks: Pflanzen haben im Laufe der Zeit Enzyme entwickelt, die ihnen helfen, mit Schwermetallen zurecht zu kommen, die sie über ihre Wurzeln aufnehmen. Diese Phytochelatine binden Schwermetallionen wie As(III) - also das berüchtigte Arsenik, das erst seit dem 19. Jahrhundert nachgewiesen werden kann und daher sich als „Schwiegermuttergift“ berüchtigt wurde. Zur besseren Erkennung dieser cysteinreiche Peptide und der Komplexe mit Arsen optimierten die Wissenschaftler nun eine Analysemethode mit dem komplizierten Namen „UHPLC-ICP-MS/ESI-Q-TOF-MS“. Damit soll es künftig möglich werden, auch die Arsenkonzentrationen in belasteten Reispflanzen zu bestimmen.

Arsen kann jedoch nicht nur im Reis ein Problem sein, sondern auch in Fischen, die aus belasteten Gewässern stammen. So stehen bei der Bevölkerung rund um den Chapala-See, dem größten See Mexikos, Karpfen (Cyprinus Carpio) und Buntbarsche (Tilapia) auf dem Speisezettel. In der Leber der Karpfen fanden die Wissenschaftler bei ihrer Studie die höchsten Konzentrationen an Arsen. Arsen ist jedoch nicht gleich Arsen sondern kommt in verschiedenen Formen (Arsenspezies) vor, die unterschiedlich giftig sind. Die Chemiker aus Puebla und Leipzig kombinierten daher mehrere Analysemethoden, um auch die Arsenspezies (Arsenolipide) sicher bestimmen und Aussagen treffen zu können, wie riskant die Arsenbelastung im Fischgewebe tatsächlich ist.

Am UFZ arbeiten verschiedene Arbeitsgruppen an der Erkennung von Arsenarten - von analytischen Chemikern über Grundwasser- und Gewässerchemikern bis hin zu Umweltmikrobiologen, die mit ARSOlux einen Feldtest auf Bakterienbasis entwickelt haben.

Bis zum Donnerstag diskutieren rund 300 Vertreter aus Forschung, Behörden und Industrie in Leipzig über die Auswirkungen von Chemikalien auf Umwelt und Mensch. Die Fachgruppe Umweltchemie und Ökotoxikologie der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) trifft sich vom 10. bis 13. September 2012 in Leipzig zu ihrer Jahrestagung. Die Veranstaltung wird gemeinsam mit den Mitgliedern des deutschsprachigen Teils der Society of Environmental Toxicology and Chemistry (SETAC-GLB) am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) durchgeführt.
Tilo Arnhold

Weitere fachliche Informationen:
Dr. habil. Jürgen Mattusch, Dr. Uriel Arroyo Abad, Prof. Thorsten Reemtsma
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), Department Analytische Chemie
Telefon: 0341-235-1432, -1403, -1261
http://www.ufz.de/index.php?de=7002
http://www.ufz.de/index.php?de=11420
http://www.ufz.de/index.php?de=21231
oder über
Tilo Arnhold (UFZ-Pressestelle)
Telefon: 0341-235-1635
http://www.ufz.de/index.php?de=640

Publikationen:
Jürgen Mattusch, Maria Tobies, Uriel Arroyo-Abad, Thorsten Reemtsma: Optimierung und Anwendung von UHPLC-ICP-MS/ESI-Q-TOF-MS zur Untersuchung von As-Komplexen in Pflanzen. Gemeinsame Jahrestagung von SETAC GLB und Fachgruppe Umweltchemie und Ökotoxikologie der GDCh, Leipzig, 2012.

Uriel Arroyo-Abad, Maria P. Elizalde-González, Jürgen Mattusch, Thorsten Reemtsma: Identifizierung von Arsenspezies in Muskel- und Lebergeweben von Fischen. Gemeinsame Jahrestagung von SETAC GLB und Fachgruppe Umweltchemie und Ökotoxikologie der GDCh, Leipzig, 2012.

Weiterführende Links:
Arsen - Die versteckte Gefahr im Trinkwasser Südostasiens (UFZ-Schwerpunktthema April 2012)
http://www.ufz.de/index.php?de=30371

Arsen, Antimon & Co - von der modernen Speziesanalytik zur Problemlösung (UFZ-Schwerpunktthema August 2012)
http://www.ufz.de/index.php?de=30675

UFZ-Kernthema „Chemikalien in der Umwelt / Gesundheit“:
http://www.ufz.de/index.php?de=30503

Gemeinsame Jahrestagung von SETAC-GLB und der Fachgruppe „Umweltchemie und Ökotoxikologie“ der GDCh
„Erkennen, Untersuchen, Modellieren – Vom Nutzen des Verstehens“
10. – 13. September 2012 Leipzig
http://www.ufz.de/umwelt2012

Im Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) erforschen Wissenschaftler die Ursachen und Folgen der weit reichenden Veränderungen der Umwelt. Sie befassen sich mit Wasserressourcen, biologischer Vielfalt, den Folgen des Klimawandels und Anpassungsmöglichkeiten, Umwelt- und Biotechnologien, Bioenergie, dem Verhalten von Chemikalien in der Umwelt, ihrer Wirkung auf die Gesundheit, Modellierung und sozialwissenschaftlichen Fragestellungen. Ihr Leitmotiv: Unsere Forschung dient der nachhaltigen Nutzung natürlicher Ressourcen und hilft, diese Lebensgrundlagen unter dem Einfluss des globalen Wandels langfristig zu sichern. Das UFZ beschäftigt an den Standorten Leipzig, Halle und Magdeburg 1000 Mitarbeiter. Es wird vom Bund sowie von Sachsen und Sachsen-Anhalt finanziert.
http://www.ufz.de/

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, Verkehr und Weltraum. Die Helmholtz-Gemeinschaft ist mit über 33.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in 18 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 3,4 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands. Ihre Arbeit steht in der Tradition des Naturforschers Hermann von Helmholtz (1821-1894).

http://www.helmholtz.de

Tilo Arnhold | UFZ News
Weitere Informationen:
http://www.ufz.de/index.php?de=30821

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