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Blei ist ein giftiges Schwermetall, das sehr
gefährlich für Mensch und Umwelt werden kann. Bleivergiftungen
zählen zu den häufigsten durch Umweltverschmutzung verursachten
Erkrankungen. Für die rasche Diagnostik und Umweltanalytik vor Ort
wäre ein einfacher, handlicher, aber zuverlässiger Bleinachweis eine
wünschenswerte Ergänzung zu den konventionellen, instrumentell eher
aufwändigen Labormethoden. Forscher von der University of Chicago
sowie dem New Yorker Brookhaven National Laboratory präsentieren nun
einen ersten Ansatz für einen solchen Blei-Schnelltest: Sie haben
eine fluoreszierende Sonde entwickelt, die sehr selektiv auf Blei
anspricht.
Nicht alle Lebewesen reagieren negativ auf
Schwermetallionen, einige Organismen, z.B. Bakterien, haben
Resistenzen entwickelt. Unter diesen Bakterien ist Ralstonia
metallidurans der einzige bekannte Stamm, der über einen für Blei
spezifischen Resistenzmechanismus verfügt. Dieser wird immer dann
"angeworfen", wenn das Bakterium in eine bleihaltige Umgebung
gelangt. Es muss also in der Lage sein, die Blei-Ionen wahrzunehmen.
Dazu hat es ein "Späher"-Protein, PbrR genannt, das nach Blei-Ionen
"Ausschau hält". PbrR dockt an einer Stelle der Bakterien-DNA an,
die als "Ein-Aus-Schalter" für die Bleiresistenz-Gene fungiert.
Gelangen Blei-Ionen in die Zelle, binden diese an den "Späher", der
dabei seine Form so verändert, dass er die beiden Stränge der DNA
ein wenig auseinander zieht - und damit die Gene "anschaltet".
Dieses System machte sich das Forscherteam um Chuan
He zu Nutze. Sie wählten jedoch nicht PbrR, sondern PbrR691, ein -
funktionell zuvor noch nicht charakterisiertes - eng verwandtes
Protein, das sich gentechnisch leicht in größeren Mengen herstellen
lässt. Wie erhofft, erkennt auch dieser Verwandte Blei-Ionen. Nun
galt es noch, die Bakterien-DNA leicht zu verändern: Innerhalb der
"Schalter"-Region ersetzten die Forscher einen Adenin-Baustein durch
ein fluoreszierendes Analogon. Fest eingebunden in die Doppelhelix
der DNA fluoresziert es im bleifreien Normalzustand nicht. Bindet
nun ein Blei-Ion an PbrR691, werden die beiden Stränge lokal
auseinander gezogen. Dadurch ragt der fluoreszierende Baustein aus
der Doppelhelix heraus und beginnt zu leuchten. Anhand der
Fluoreszenz-Intensität lässt sich die Bleikonzentration der Probe
bestimmen. Das Sondensystem reagiert etwa 1000fach empfindlicher auf
Blei als auf andere Metallionen.
"Unsere Bleisonde ist eine Ausgangsbasis für die
Entwicklung eines einfachen, bleispezifischen Analysenverfahrens,"
sagt He. "Außerdem erforschen wir, warum PbrR691 so selektiv
Blei-Ionen bindet. Die Erkenntnisse könnten beim Design eines
bleibindenden Gegenmittels bei Bleivergiftungen helfen." |
