Mit Hefezellen Arzneirückstände aufspüren

Kurz & Knapp

Arzneirückstände belasten Abwässer und Böden. Dazu gehört auch der Wirkstoff Diclofenac, der weltweit in Medikamenten zur Entzündungshemmung eingesetzt wird.
Forschende wollen nun einen Sensor entwickeln, der Rückstände des Wirkstoffes an relevanten Orten nachhaltig, schnell und kostengünstig aufspürt.
Der Detektor soll aus Hefezellen bestehen, die in ein Messgerät integriert werden, das noch vor Ort Arzneirückstände identifiziert und so Laboruntersuchungen ersetzen soll.

Zellbasierte Sensoren für die Abwasser-Analyse

In Abwässern und Böden sammeln sich Arzneirückstände an. Ein Zuviel kann Mensch und Umwelt gleichermaßen gefährden. Für den entzündungshemmenden Wirkstoff Diclofenac wollen Forschende der TU Dresden mit Partnern nun einen nachhaltigen und biobasierten Schnelltest entwickeln. Kernstück des Messgeräts ist ein Sensor aus Hefezellen.

Rückstände von Medikamenten finden sich immer häufiger im Boden, im Abwasser aber auch Trinkwasser. Sie gelangen entweder direkt oder über Ausscheidungen in die Umwelt. Zu dem am häufigsten auftretenden Wirkstoff im Abwasser zählt Diclofenac, der in vielen Entzündungshemmern eingesetzt wird. 60 bis 70 Prozent des Wirkstoffes wird über den Urin ausgeschieden und gelangt so in das Abwasser.

In dem von der EU und dem Freistaat Sachsen finanzierten Projekt „Implementierung eines Hefe-Pheromon-basierten Signalverstärkersystems zum Umweltmonitoring von Arzneimittelrückständen in Wässern (ISAr)“ wollen Forschende der TU Dresden und dem Kurt-Schwabe-Institut (KSI) in Meinsberg nun einen nachhaltigen und kostengünstigen Hefe-basierten Ganzzellsensor zum Aufspüren von Diclofenac in Böden und Abwässern entwickeln.

Wirkstoff bringt Hefe zum Leuchten

Die Forschenden wollen hierfür Zellen der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae nutzen, die auch bei der Herstellung von Nahrungs- und Genussmitteln zum Einsatz kommen. In Gegenwart von Diclofenac stellen die Mikroorganismen ein Fluoreszenzprotein, das sich messen lässt. Die Sensitivität dieses Systems sei aber noch zu gering, wie Kai Ostermann von TU Dresden erklärt. „Daher wollen wir die Sensitivität der Diclofenac-Detektion mittels Reporter-Hefen erhöhen, um den nachzuweisenden Konzentrationsbereich soweit abzusenken, dass umweltrelevante Diclofenac-Konzentrationen erkannt werden können.“ Um das Fluoreszenzsignal zu verstärken, sind im Projekt ISAr weitere Untersuchungen zur Modulation der sogenannten Zell-Zell-Kommunikation geplant.

Abwasser — Im Projekt ISAr wollen Forschende einen nachhaltigen und kostengünstigen Hefezellen-basierten Ganzzellsensor zur vor-Ort-Detektion von Diclofenac in Oberflächen und Abwässern entwickeln. © Pixabay

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten

Hierfür wird das Team das von ihnen entwickelte Hefe-Pheromon-basierte System anwenden. „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 Ostermann.

Die Ergebnisse der Dresdner sollen beim Projektpartner KSI in einem für Vorort-Messungen geeigneten Demonstrator umgesetzt werden. „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“, sagt Michael Mertig von KSI.

Weitere Informationen

Pressemitteilung der TU Dresden

In Kooperation mit bioökonomie.de

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