An dem gemeinsamen Projekt „Implementierung eines Hefe-Pheromon-basierten Signalverstärkersystems zum Umweltmonitoring von Arzneimittelrückständen in Wässern“ (ISAr) ist die Arbeitsgruppe „Biologische Sensor-Aktorsysteme“ der Fakultät Biologie beteiligt, teilte die TU Dresden mit. ISAr werde durch den Europäischen Fond für regionale Entwicklung (EFRE) und den Freistaat Sachsen gefördert.
Die Hochschule weist darauf hin, dass der Wirkstoff Diclofenac bei oraler Gabe zu 60 bis 70 Prozent über den Urin wieder ausgeschieden wird und so in das Abwasser gelangt. So könne er bereits in geringen Konzentrationsbereichen einen negativen Einfluss auf die Umwelt haben und beispielsweise zu Schädigungen der Kiemen und Nieren bei Fischen führen. Im Projekt ISAr soll Diclofenac mit einem nachhaltigen und kostengünstigen Sensor in umweltrelevanten Konzentrationen in Oberflächen und Abwässern nachgewiesen werden. Der Detektor basiere auf immobiliserten Hefezellen in einer geeigneten technischen Ausleseeinheit und soll zukünftig als schnelle, vor Ort einsetzbare Alternative zu den bisherigen aufwendigen labordiagnostischen Verfahren zum Einsatz kommen, erklärte die TU Dresden.
Das System beruht den Angaben zufolge auf Hefezellen (Saccharomyces cerevisiae, S.c.), die bei Anwesenheit von Diclofenac ein Fluoreszenzprotein bilden. Zur robusten technischen Auslesung müsse das entsprechende Fluoreszenzsignal aber verstärkt werden. Hierfür arbeite das Team der TU Dresden um Kai Ostermann an der Implementierung eines innovativen, intrinsischen, zellbasierten Verstärkungssystems. „Mit dem im vorherigen Projekt BioSAM entwickelten Messaufbau können wir Diclofenac in einem Bereich von 5 bis 50 μM detektieren“, sagte Ostermann. Die Sensitivität dieses Systems sei jedoch noch zu gering, um die im Abwasser oder Oberflächenwasser nachzuweisenden Konzentrationen an Diclofenac detektieren zu können. „Daher wollen wir die Sensitivität der Diclofenac-Detektion mittels Reporter-Hefen erhöhen, um den nachzuweisenden Konzentrationsbereich so weit abzusenken, dass umweltrelevante Diclofenac-Konzentrationen erkannt werden können.“
Laut Ostermann sollen zunächst umfangreiche Untersuchungen zur Modulation der Zell-Zell-Kommunikation und Signalverstärkung mittels des erstmalig entwickelten und patentierten Hefe-Pheromon-basierten Systems einer gesteuerten Zell-Zell-Kommunikation vorgenommen werden. „Wenn eine Reporter-Hefe vielen anderen Hefezellen verlässlich kommuniziert, dass sie Diclofenac detektiert hat und die anderen Hefezellen dadurch angeregt werden, zu fluoreszieren, können wir eine stabile Signalverstärkung erreichen“, so der Wissenschaftler.
Prof. Michael Mertig und sein Team am KSI Meinsberg werden im Anschluss die dabei erreichten Ergebnisse erstmals in einen realen Demonstratoraufbau, der für Vor-Ort-Messungen geeignet ist, sensorisch-technisch umsetzen. „Durch die Erhöhung der Nachweisempfindlichkeit könnte ein solcher Detektor an verschiedenen Stellen vorteilhaft zum Einsatz kommen, unter anderem zur Überwachung der Abwässer von Krankenhäusern und Altenheimen, der Pharmaindustrie sowie in regionalen Kläranlagen“, stellte Mertig in Aussicht.
