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Ein Moos für sauberes Wasser: Abwasserreinigung mit dem PhyscoFilter
01.10.2013
Abbauen und filtern: Wie wird das Wasser Chemikalien-frei?
Für ihre Experimente verwenden die Studierenden das Kleine Blasenmützenmoos (Physcomitrella patens). Um damit Schadstoffe aus dem Wasser zu entfernen erprobt das iGEM-Team zwei Ansätze: “Zum einen wollen wir das Moos dazu bringen, gefährliche Substanzen zu harmlosen Stoffen abzubauen (Biodegradation); zum anderen soll es biologisch nicht-abbaubare Substanzen binden und so als Filter arbeiten (Bioakkumulation)”, erklärt Katrin Fischer. Sie studiert im 5. Semester Biochemie. Für diese beiden Verfahren schleusen die jungen Forscherinnen und Forscher selbst entworfene DNA-Bausteine in das Erbmaterial des Mooses ein. Diese kodieren für Proteine, die Chemikalien aufspalten oder die Schadstoffe binden. Damit ist das Moos unter anderem in der Lage, die weitverbreitete Gruppe der Makrolid-Antibiotika und Hormone aus der Antibabypille abzubauen. Außerdem bindet das Moos das Insektizid DDT. Diese Stoffgruppen können in herkömmlichen Kläranlagen nur unzureichend abgebaut werden.Sicheres Moos durch genetischen Schalter
Das Moos Physcomitrella patens ist auch in der Natur ein wichtiger Wasserfilter – und damit der ideale Organismus für unser Projekt”, sagt Fischer. Obwohl die Studierenden in ihrem Projekt lediglich zeigen wollen, dass ein Moosfilter funktionieren kann, haben sie den möglichen Einsatz in der Praxis im Blick. Damit das modifizierte Moos keinesfalls unkontrolliert ins Freiland gelangt, haben die Studierenden eine ebenso simple wie effektive Lösung gefunden: Sie verwenden Moos, das aufgrund einer Mutation keine reifen Sporen bilden kann und bauen zusätzlich einen Selbstzerstörungs-Mechanismus in die Pflanze ein. “Dieser biologische Schalter reagiert sensibel auf Licht im roten Wellenlängenbereich, erklärt Jeffery Truong, Masterstudent der Molekularen Biotechnologie und Entwickler des Filters. “Man könnte dann einen Filter für das Sonnenlicht verwenden, der den Rotlichtanteil gezielt entfernt. Wenn die Pflanze versehentlich freigesetzt wird, ist sie dem Sonnenlicht ausgesetzt, das Licht aller Wellenlängen enthält – das heißt, sie kann nicht überleben.”Austausch über synthetische Biologie
Die technisch-wissenschaftliche Umsetzung ist jedoch nur ein Teilaspekt im iGEM-Projekt. Die Studierenden wollen auch die Öffentlichkeit über den Moosfilter informieren und an diesem Beispiel das umstrittene Thema Gentechnik diskutieren. Dazu sind verschiedene Aktivitäten geplant, darunter ein Stand auf den Münchner Wissenschaftstagen im November 2013 sowie Veranstaltungen mit Schülerinnen und Schülern. Außerdem testet das Team, ob sich der “PhyscoFilter” in der industriellen Abwasseraufbereitung einsetzen lässt. Dafür haben die Studierenden bereits einen Prototyp entwickelt. Und mit einer Machbarkeitsstudie überprüfen sie, wie aus der vielversprechenden Idee eine unternehmerische Anwendung werden kann.Der Weg ins Finale
Mit ihrem PhyscoFilter hoffen die TUM-Studierenden auf die Teilnahme im Finale, das vom 1. bis 3. November 2013 in Boston ausgetragen wird. Davor müssen sie jedoch noch eine Hürde nehmen – den europäischen Vorentscheid in Lyon vom 11. bis 13. Oktober 2013. Insgesamt nehmen in diesem Jahr 223 Teams aus der ganzen Welt teil. Das TUM-iGEM-Team 2013 hat elf Mitglieder, die meisten kommen aus den Studiengängen Biochemie und Molekulare Biotechnologie. Verstärkt wird das Team mit Studierenden der Mathematik und Maschinenbauwesen. Die Jungforscherinnen und ‑forscher rechnen sich gute Chancen aus – ihr Thema ist nicht nur technisch anspruchsvoll, wie Truong klarstellt: “Wasser ist unsere wichtigste Lebensgrundlage. Doch die zunehmende Verbreitung von Chemikalien bedroht viele Ökosysteme und die Artenvielfalt. Mit unserem Projekt wollen wir einen Beitrag leisten, diese wertvolle Ressource zu schützen.”Überblick: Was kann der PhyscoFilter leisten?
Biodegradation:
- Abbau von Makrolidantibiotika (wie z.B. Erythromycin) durch Erythromycin-Esterase B
- Abbau von polycyclischen Kohlenwasserstoffen (wie z.B. Hormone aus der Antibabypille, haben schädlichen Einfluss auf aquatische Ökosysteme)
- Abbau von Catechol (toxisches Abbauprodukt von Polychlorierten Biphenylen (PCB) durch Catechol‑2,3‑Dioxygenase
Bioakkumulation:
- Binden von Microcystin (Toxin von Cyanobakterien) durch Protein-Phosphatase
- Intrazelluläre Bindung von DDT (Insektizid mit endokriner Wirkung) durch Glutathion-S-Transferase
- Tests mit am Lehrstuhl für Biologische Chemie (Prof. Dr. Arne Skerra) entwickelten Anticalinen als mögliche Bindemoleküle für Schadstoffe im Wasser