News: Pflanzliche Bodenkosmetiker
Das besonders unter den weiblichen Darstellern von Gruselfilmen beliebte Gift Arsen treibt auch in kontaminierten Böden sein Unwesen und bedroht so die Gesundheit vieler Menschen. Die genetisch umgerüstete Ackerschmalwand jedoch kann dem Gift die Stirn bieten, indem sie es einfach entsorgt.
Arsen und Spitzenhäubchen, das gehört spätestens seit der Kriminalkomödie von Frank Capra einfach zusammen. Aber Arsen und Erde, das gehört nur bedingt zusammen, und trotzdem findet sich das Gift an manchen Orten in erschreckend hoher Konzentration im Erdreich wieder: Durch natürliche Quellen, aber auch durch Bergbau oder Abwässer aus der chemischen Industrie wurde der Boden verseucht. Weit schlimmer sind jedoch die Verunreinigung von Trinkwasservorkomemn. So leiden allein in Bangladesch und dem indischen Staat West-Bengalen womöglich über 100 Millionen Menschen unter Arsenvergiftung. Die dortigen Trinkwasserwerte liegen weit über den von der Weltgesundheitsorganisation angesetzten Grenzwerten.
Eine sehr elegante Möglichkeit, den verseuchten Boden zu reinigen, haben nun Om Parkash Dhankher und seine Kollegen von der University of Georgia ersonnen. Hierzu bedienten sich die Wissenschaftler bei dem Darmbakterium Escherichia coli, aus dessen Erbinformation sie zwei Gene herauspickten, die den Umgang mit dem Gift ermöglichen. Diese bakteriellen Erbanlagen schleusten sie dann in die Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) ein.
Und die Ackerschmalwand tat genau, was von ihr erwartet wurde: Wuchs sie auf arsenhaltigem Boden, dann lagerte sie zwei- bis dreimal so viel Arsen in ihren neu gebildeten Pflanzentrieben ein wie ihre unveränderten Artgenossen. Außerdem waren die Pflanzen nun so widerstandsfähig gegen das Gift, dass sie sogar kräftig in die Höhe schossen.
Doch woraus resultiert die neugewonnene Fähigkeit? Sowohl im Wasser als auch in der obersten Bodenschicht liegt das Gift in seiner oxidierten Form, als Arsenat, vor. In der irrigen Annahme, bei Arsenat würde es sich um Phosphatat handeln, nehmen die Pflanzen es normalerweise auf und transportieren es in ihre Blätter. An diesen lichtexponierten Stellen, so richteten es die Forscher ein, ist nun eines der neu eingefügten Bakteriengene – arsC – besonders aktiv. Es entfaltet seine Wirkung, indem das daraus resultierende Protein Arsenat reduziert und in die noch giftigere Form des Arsenits umwandelt – jedoch auf das Blatt beschränkt.
So erlaubt das neue System den Pflanzen, Arsen aus dem Boden aufzunehmen, es zu konzentrieren und es dann in den Blättern abzulagern. Und hier kommt mit ECS das zweite bakterielle Gen zum Tragen. Es stellt mehr Schwefel bereit, welcher das giftige Arsen fest an sich und es so biologisch weniger verfügbar macht. Statt an der Überdosis einzugehen, mit der sich die aufgerüsteten Pflanzen nun herumplagen müssen, gedeihen sie auf dem verseuchten Boden prächtig: 96 bis 100 Prozent des Arsens in den Blättern konnten so unschädlich gebunden werden.
Und damit nicht genug. Das System scheint nicht nur auf die Ackerschmalwand beschränkt zu sein. "Einer der wichtigsten Aspekte unserer Forschung ist es, dass das neue System auf eine breite Vielzahl von Pflanzenspezies anwendbar sein sollte", beschreibt Richard Meagher aus der Arbeitsgruppe die Möglichkeiten. Eine kleine Hoffnung nicht nur für die 200 000 bis 300 000 Inder, die an durch Arsen verursachten Hautschäden beziehungsweise Krebs leiden. Genug Gründe, die pflanzlichen Reinigungskräfte schnell einzusetzen.
Eine sehr elegante Möglichkeit, den verseuchten Boden zu reinigen, haben nun Om Parkash Dhankher und seine Kollegen von der University of Georgia ersonnen. Hierzu bedienten sich die Wissenschaftler bei dem Darmbakterium Escherichia coli, aus dessen Erbinformation sie zwei Gene herauspickten, die den Umgang mit dem Gift ermöglichen. Diese bakteriellen Erbanlagen schleusten sie dann in die Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) ein.
Und die Ackerschmalwand tat genau, was von ihr erwartet wurde: Wuchs sie auf arsenhaltigem Boden, dann lagerte sie zwei- bis dreimal so viel Arsen in ihren neu gebildeten Pflanzentrieben ein wie ihre unveränderten Artgenossen. Außerdem waren die Pflanzen nun so widerstandsfähig gegen das Gift, dass sie sogar kräftig in die Höhe schossen.
Doch woraus resultiert die neugewonnene Fähigkeit? Sowohl im Wasser als auch in der obersten Bodenschicht liegt das Gift in seiner oxidierten Form, als Arsenat, vor. In der irrigen Annahme, bei Arsenat würde es sich um Phosphatat handeln, nehmen die Pflanzen es normalerweise auf und transportieren es in ihre Blätter. An diesen lichtexponierten Stellen, so richteten es die Forscher ein, ist nun eines der neu eingefügten Bakteriengene – arsC – besonders aktiv. Es entfaltet seine Wirkung, indem das daraus resultierende Protein Arsenat reduziert und in die noch giftigere Form des Arsenits umwandelt – jedoch auf das Blatt beschränkt.
So erlaubt das neue System den Pflanzen, Arsen aus dem Boden aufzunehmen, es zu konzentrieren und es dann in den Blättern abzulagern. Und hier kommt mit ECS das zweite bakterielle Gen zum Tragen. Es stellt mehr Schwefel bereit, welcher das giftige Arsen fest an sich und es so biologisch weniger verfügbar macht. Statt an der Überdosis einzugehen, mit der sich die aufgerüsteten Pflanzen nun herumplagen müssen, gedeihen sie auf dem verseuchten Boden prächtig: 96 bis 100 Prozent des Arsens in den Blättern konnten so unschädlich gebunden werden.
Und damit nicht genug. Das System scheint nicht nur auf die Ackerschmalwand beschränkt zu sein. "Einer der wichtigsten Aspekte unserer Forschung ist es, dass das neue System auf eine breite Vielzahl von Pflanzenspezies anwendbar sein sollte", beschreibt Richard Meagher aus der Arbeitsgruppe die Möglichkeiten. Eine kleine Hoffnung nicht nur für die 200 000 bis 300 000 Inder, die an durch Arsen verursachten Hautschäden beziehungsweise Krebs leiden. Genug Gründe, die pflanzlichen Reinigungskräfte schnell einzusetzen.
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