In Zukunft könnten maßgeschneiderte Bakterien dabei helfen, chemisch belastete Böden zu reinigen. Ein wichtiger Schritt auf dem Weg dorthin ist jetzt drei US-Forschern gelungen: Sie haben gewöhnliche Darmbakterien so umprogrammiert, dass diese das Unkrautvernichtungsmittel Atrazin aufspüren und es unschädlich machen können. Dazu schleusten sie eine Art genetischen Schalter in die Mikroben ein, der es den Zellen ermöglicht, sich auf ein Ziel zuzubewegen. Einmal dort angekommen, sorgt ein weiteres zusätzliches Enzym dafür, dass das Umweltgift abgebaut wird. Atrazin ist zwar seit vielen Jahren in der Europäischen Union verboten, befindet sich jedoch immer noch im Grundwasser und in vielen Böden. Diese Tatsache macht es zu einem attraktiven Ziel für die synthetische Biologie, sagen die Forscher.
Das Herbizid Atrazin erlangte eine zweifelhafte Berühmtheit, als im Jahr 1986 große Mengen davon bei Basel in den Rhein gelangten. Die Substanz ist für viele Wasserorganismen giftig, was in der Folge zu einem großen Fischsterben beitrug. Seit Anfang der Neunzigerjahre ist die Verwendung des Mittels in Deutschland verboten, mittlerweile wird es in der gesamten Europäischen Union nicht mehr eingesetzt. In den USA gehört Atrazin jedoch nach wie vor zu den am häufigsten verwendeten Herbiziden, vor allem beim Anbau von Mais und Hirse. Und auch in Deutschland lässt sich die Substanz weiterhin in Gewässern nachweisen, zum Teil sogar in Mengen, die die geltenden Grenzwerte deutlich überschreiten. Eines der größten Probleme ist dabei die Persistenz der Verbindung in der Umwelt: Es wird im Wasser extrem langsam und auch im Boden nur mäßig schnell abgebaut.
Aufgrund dieser immer noch großen Bedeutung des Mittels entschieden sich Justin Gallivan und sein Team nun für Atrazin als Test-Modell. Ihr Ziel war es, herkömmliche E.coli-Bakterien gezielt so umzuprogrammieren, dass sie selbstständig das Herbizid aufspüren, sich darauf zubewegen und es schließlich abbauen können. Die Voraussetzung dafür: Die Mikroben müssen Signale aus der Umwelt wahrnehmen und darauf reagieren können. Ermöglicht wird dies in den umprogrammierten Zellen durch einen sogenannten Riboswitch, erläutern die Forscher – ein erbgutartiges Molekül, das an Atrazin andocken kann und dabei seine Form ändert. Dadurch startet es bei Anwesenheit des Herbizids die genetische Maschinerie, mit deren Hilfe sich die Bakterien in Richtung der größten Atrazin-Konzentration in Bewegung setzen. Zusätzlich schleusten die Wissenschaftler noch ein Gen mit dem Bauplan für ein Atrazin-Abbau-Enzym in das Erbgut der Bakterien ein, mit dessen Hilfe sie das Mittel unschädlich machen können.
Zwar seien die umprogrammierten Bakterien noch verbesserungsfähig, was ihre Abbauleistung angeht, kommentieren die Forscher. Dennoch halten sie ihre Arbeit für einen wichtigen Schritt – nicht nur beim Abbau von Atrazin, sondern auch als Vorbild für weitere Anwendungen der synthetischen Biologie, da der Ansatz grundsätzlich auch auf andere Systeme übertragen werden kann.
Justin Gallivan (Emory University, Atlanta) et al.: Nature Chemical Biology, doi: 10.1038/nchembio.369 ddp/wissenschaft.de – Ilka Lehnen-Beyel
