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News: Junk-food für Bakterien

Teufelsaustreibung mit dem Beelzebub: Daran erinnert manchmal die Ausrottung von Schädlingen mit giftigen Bekämpfungsmitteln. Denn nachdem der wünschenswerte Effekt erzielt und die Störenfriede vertrieben sind, bleibt die oft gesundheitsschädliche Hinterlassenschaft der eingesetzten Chemikalien - welche meist nur schwer zu entsorgen sind. "Kein Problem für Bakterien wie unsere", sagen jetzt Wissenschaftler, die auf gentechnischem Weg aus dem unscheinbaren Darmbewohner Escherichia coli eine bakterielle Sondermüllabfuhr entwickelt haben.
Organophosphate erfreuen sich großer Beliebtheit, bedenkt man welch' giftiges Zeug sie sind: Sie wurden oder werden benutzt bei der Herstellung von Kunststoffen und Lacken, als Weichmacher und Emulgator, als Flammschutzmittel und Hydraulikflüssigkeit, als Schmieröladditive, Antiklopfmittel – und in einer Reihe anderer industrieller Verfahren. Darüber hinaus dienen sie als wirksame Insektizide, Herbizide und Fungizide.

Seit längerer Zeit schon arbeiten Wissenschaftler daran Alternativen zu entwickeln, denn die gesundheitsgefährdenden Rückstände von Organophosphatverbindungen verlangen entsprechend gründlich entsorgt zu werden. So vielfältig ihre Nutzungsbereiche, so weit verbreitet sind auch ihre Altlasten – sie finden sich in ausgedienten Traktoren und Agrar-Flugzeugen genauso wie in entleerten landwirtschaftlichen Desinfektions-Gruben, in denen Vieh behandelt wurde.

Ashok Mulchandani und seine Kollegen von der University of California in Riverside haben jetzt eine von ihnen entwickelte und perfektionierte Entgiftungstechnik vorgestellt: Sie möchten den ekligen Rückständen mit Bakterien zu Leibe rücken, denen sie die Fähigkeit zum Organophosphatabbau auf gentechnischem Wege beigebracht haben.

Als Ausgangsmodell für ihren neuentwickelten bakteriellen Müllschlucker benutzten die Forscher einen harmlosen Stamm von Escherichia coli, dem Lieblings-Versuchsobjekt aller Bakterien-Gentechniker. Zunächst integrierten sie in die E.-coli-Bakterien die Fähigkeit, ein Organophosphat-abbauendes Enzym, die Organophosphat-Hydrolase, selbst herzustellen [1]. Dieses Proteinwerkzeug kommt in freier Wildbahn in einigen bodenbewohnenden Bakterienarten vor. Einmal in E. coli eingebaut, schärften die Wissenschaftler diese Hydrolase: Dazu isolierten sie aus einer Reihe von genetisch leicht veränderten Varianten eine besonders wirksame, welche Methyl-Parathion, ein verbreitetes Organophosphatpestizid, 25-mal schneller zerlegen konnte als das ursprüngliche Enzym [2].

Dem neuen bakteriellen Abfallentsorger spendierten die Forscher zudem ein Protein, welches an Zellulose bindet und das Bakterium damit an Oberflächen fixieren kann. Bakterien ohne diesen Zellulose-Anker können durch Chemikalien leicht fortgespült werden und erzielen eine im Vergleich zehnfach geringere Abbaurate [3].

Von den gentechnisch veränderten Bakterien beeindruckt zeigen sich Kollegen der Wissenschaftler: "Nette Problemlösungsstrategie", sagt beispielsweise George Georgiou von der University of Texas. Die E.-coli-Methode sei billiger und effizienter als Wildformen von Bodenbakterien zu isolieren und einzusetzen oder das Hydrolase-Enzym in Reinform zu verwenden.

In der Praxis werden beim Abbau von Organophosphat-Rückständen dennoch auf absehbare Zeit zunächst nur die abbauenden Enzyme, nicht aber die neugeschaffenen E.-coli-Stämme zum Einsatz kommen. Grundlegende Befürchtungen sowie die öffentliche Meinung sprächen gegen Freilandversuche mit genmanipulierten Organismen, so Mulchandani. In einem abgeschlossenen Bioreaktor aber könnten die Bakterien durchaus Verwendung finden.

Im Augenblick arbeiten die Wissenschaftler zudem weiter an der Verbesserung der Organophosphat-Hydrolase, um den unappetitlichen Hinterlassenschaften einmal auch im Freiland den völligen Garaus machen zu können. Vielleicht ein erreichbares Ziel, solange auch weiter erfolgreich an Alternativen zu Organophosphatverbindungen gearbeitet wird. Denn dann wäre auch die Reinigung überflüssig – aus Mangel an Verschmutzung.

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