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Biosensor Biosensor misst Arsengehalt in Trinkwasser

Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Millionen Menschen sind durch erhöhte Arsenkonzentrationen im Trinkwasser gefährdet. Gerade in asiatischen Ländern wie Bangladesch sind es vor allem natürliche Arsen-Vorkommen, die zu einer Belastung des Trinkwassers führen. Prof. Dr. Hauke Harms vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung spricht im LP-Exklusivinterview über Ursachen und Folgen der Arsenbelastung und einen neuen Biosensor, der Arsen im Trinkwasser schnell, sensitiv und kostengünstig nachweist.

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LaborPraxis: Herr Prof. Harms, sauberes Grundwasser ist Voraussetzung für eine Verwendung als Trinkwasser. Seit den neunziger Jahren wird jedoch vermehrt Arsen im Trinkwasser nachgewiesen. Wo kommt das Arsen her und welche Grenzwerte gibt es?

Prof. Harms: Arsen wird einfach deshalb seit einiger Zeit vermehrt im Trinkwasser verschiedener Länder nachgewiesen, weil man begonnen hat, systematisch danach zu suchen. Dies tut man seitdem in Bangladasch viele Fälle von chronischer Arsenvergiftung aufgetreten sind. Diese rühren daher, dass vor allem in den Achtziger-Jahren Millionen von Trinkwasserbrunnen gebohrt wurden, um Infektionskrankheiten wie Cholera und Ruhr einzudämmen. Das angestrebte Ziel wurde zwar erreicht, es wurde aber versäumt, umfassende chemische Analysen des Grundwassers durchzuführen. Erst das Auftreten von Vergiftungen lenkte die Aufmerksamkeit auf das Arsen, das anschließend dann auch im Grundwasser von Regionen gefunden wurde, in denen noch keine Gesundheitsschäden aufgetreten waren. Das Arsen ist natürlichen Ursprungs und wird mit den großen Strömen aus dem Himalaya in die dicht besiedelten Flussdeltas transportiert. Man muss also damit rechnen, dass noch weitere Regionen als die jetzt bekannten betroffen sind. Der Grenzwert der WHO von zehn Mikrogramm pro Liter, wie auch der fünfmal höhere, in Bangladesch gültige Grenzwert werden zum Teil deutlich überschritten.

LaborPraxis: Welche Gefahren für die Gesundheit zeigen sich bei der Aufnahme von Arsen?

Prof. Harms: Die Vergiftung mit mineralischem Arsen ist schleichend und macht sich erst nach langjährigem Genuss arsenhaltigen Wassers durch Hautläsionen vor allem an Händen und Füßen bemerkbar. Man spricht auch von der „Blackfoot Disease’“. Hinzu kommen dann verschiedene Krebserkrankungen wie zum Beispiel Leber- und Nierenkrebs, die letztlich zum Tod führen können. Es ist aus epidemiologischer Sicht durchaus problematisch, dass erste Vergiftungssymptome so lange auf sich warten lassen, da verunreinigte Brunnen zu spät oder gar nicht außer Betrieb genommen werden. Dies ist häufig problemlos möglich, da der Arsengehalt örtlich stark variiert und in vielen Fällen sichere Brunnen lokal vorhanden sind. Problematisch ist auch, dass Betroffene ausgegrenzt werden. Dies geschieht oft aus Unkenntnis der Gründe für die sichtbaren Veränderungen an den Patienten. Allein für Bangladesch rechnet man mit etwa 50 Millionen von Arsenvergiftung bedrohten Menschen.

LaborPraxis: Sie haben am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) einen neuen Sensor entwickelt, mit welchem der Arsengehalt in Trinkwasser einfach, schnell und kostengünstig nachgewiesen werden kann. Bitte beschreiben Sie unseren Lesern das Verfahren genauer.

Prof. Harms: Es wurden Bakterien gentechnisch derart verändert, dass ihre Reaktion auf die Anwesenheit von Arsen sichtbar gemacht wird. Dies wurde erreicht, indem ein molekularer Schalter, der normalerweise die bakterielle Arsenresistenz aktiviert, mit Genen eines lichtemittierenden Enzyms gekoppelt wurde. Bei Kontakt mit Arsen beginnen die Bakterien innerhalb einer halben Stunde zu leuchten. Die genetische Konstruktion wurde von Kollegen an der Universität Lausanne bereits vor einigen Jahren vorgenommen. Unsere Aufgabe am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung bestand darin, daraus ein gebrauchsfertiges Produkt für den Vor-Ort-Einsatz in den betroffenen Ländern zu entwickeln. Dazu musste vor allem die Stabilisierung der lebenden Bakterien erreicht werden, so dass sie transport- und lagerfähig sind und unter den z.T. extremen Bedingungen warmer Länder noch funktionieren. Die biosensorbasierten Testkits sollen unter dem Namen Arsolux vertrieben werden. Ganz wichtig ist die Akzeptanz in den Zielländern, die wir durch Kooperation mit lokalen Firmen zu erhöhen versuchen. Das Label ‚Made in Germany’ auf dem Produkt scheint dafür aber auch sehr hilfreich zu sein.

LaborPraxis: Welche Vorteile bietet Ihr Sensor gegenüber anderen Methoden zur Arsenbestimmung?

Prof. Harms: Gegenüber der chemischen Analytik mittels Atomabsorptionsspektroskopie hat der Arsolux-Biosensor den Vorteil, dass er mit einem kleinen, mobilen Messgerät auskommt, welches auch für regionale Labors, Kliniken oder potenzielle Franchise-Nehmer in der dritten Welt erschwinglich ist. Angesichts der wirtschaftlichen Situation dieser Länder und des Ausmaßes der Arsenkontamination ist dies von entscheidender Bedeutung. Gegenüber chemischen Test-Kits besticht unser Test durch höhere Präzision im für Trinkwasser relevanten Konzentrationsbereich. Seine Gleichwertigkeit zur Atomabsorptionsspektroskopie wurde im Rahmen einer Messkampagne an 200 Trinkwasserbrunnen in Vietnam nachgewiesen. Eine Kampagne gleichen Umfangs in Bangladesch befindet sich derzeit in Vorbereitung und wird im Februar 2010 gemeinsam mit lokalen Partnern durchgeführt.

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