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Neue Methode zur Bewertung der toxikologischen Auswirkungen von Nanopartikeln auf Algen

 

Die stetig steigende industrielle Anwendung und die damit verbundene Freisetzung von künstlich hergestellten Nanomaterialien in die Umwelt verlangt nach Methoden, mit denen die Wirkung dieser Nanomaterialien auf Ökosysteme beurteilt werden kann. Mit seinem Team entwickelte Olivier Martin einen optischen Biosensor, mit dem Umwelteinflüsse von Nanomaterialien an lebenden Organismen gemessen werden können.

Hintergrund (abgeschlossenes Forschungsprojekt)

Studien haben gezeigt, dass künstlich hergestellte Nanomaterialien eine giftige Wirkung auf Bakterien, Algen und Zellen höherer Organismen haben können und damit für Mensch und Umwelt Risiken mit sich bringen. Um diese Risiken ausreichend zu untersuchen, müssen neue Methoden etabliert werden. Olivier Martin und sein Team entwickelten in diesem Projekt einen Biosensor, mit dem gemessen werden kann, wie Nanomaterialien auf Wassermikroorganismen wirken. Ist eine Substanz für einen Organismus bzw. eine Zelle giftig, löst das in den Zellen eine Stressreaktion aus, und die Zelle wird mit der Zeit geschädigt. Unter Stress scheiden die Zellen spezifische Stoffe aus, sogenannte reaktive Sauerstoffverbindungen (ROS), die gemessen werden können. Eine solche ROS-Verbindung ist Wasserstoffperoxid. Mit seinem Forschungsteam setzte Olivier Martin die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii verschiedenen Konzentrationen der Nanopartikel TiO2 und CuO aus und analysierte die Menge an Wasserstoffperoxid, die von den Algen ausgeschieden wurde. Dies geschah mit Hilfe eines Proteins (Cytochrom c), das mit Wasserstoffperoxid reagiert und dadurch seine Farbe ändert. Je grösser die Menge an Wasserstoffperoxid, die so bestimmt werden konnte, desto grösser war der Stress, der die Nanomaterialien bei den Algen auslösten.

Resultate

Die Resultate zeigten, dass Nanomaterialien in Wassermikroorganismen eine Stressreaktion auslösen können. Die Reaktion der Grünalgen war stark abhängig von der Art der Nanomaterialien und deren Konzentration. Ausserdem spielten die Bedingungen, unter denen die Organismen den Nanomaterialien ausgesetzt waren, eine wichtige Rolle. Es zeigte sich, dass sogar Umweltbedingungen eine Rolle spielen, die sonst eher vernachlässigt werden, so zum Beispiel die Lichtverhältnisse. Ganz allgemein fanden die Forscher, dass die Nanomaterialien erst bei sehr hohen Konzentrationen zu Stressreaktionen der Grünalgen führen. Bei Konzentrationen, die aktuell in der Umwelt realistisch sind, waren keine toxischen Wirkungen messbar.

Bedeutung

Der in diesem Projekt etablierte Biosensor bietet ein sehr sensibles Instrument, um am lebenden Organismus Umwelteinflüsse von Nanomaterialien unter verschiedensten Bedingungen zu messen und die Resultate untereinander zu vergleichen. Da die Messung mit lebenden Grünalgen erfolgt, ist es möglich, die Stressreaktion über eine längere Zeitdauer zu verfolgen bzw. zu beobachten, ob sich die Grünalge auch wieder von der toxischen Wirkung erholen können. Der Biosensor, der mittlerweile patentiert wurde, bringt die zuverlässige Bestimmung der Umweltrisiken durch Nanomaterialien einen entscheidenden Schritt weiter.

Originaltitel

Non-invasive continuous monitoring of the interaction between nanoparticles and aquatic microorganisms

Projektleitung

  • Prof. Olivier Martin

Weitere Gesuchstellende

  • Prof. Paul Bowen
  • Prof. Vera Slaveykova-Starcheva

 

 

Weitere Informationen zu diesem Inhalt

 Kontakt

Prof. Olivier Martin Laboratoire de nanophotonique et métrologie
EPFL - STI - IMT - NAM
1015 Lausanne +41 21 693 26 08 olivier.martin@epfl.ch