Forscher entdecken Gene für Arsenanreicherung in Pflanzenzellen
Forscher aus Europa, Asien und den Vereinigten Staaten haben zwei Gene identifiziert, die für die Akkumulation und Entgiftung von Arsen in pflanzlichen Zellen verantwortlich sind. Das Wissen könnte der Züchtung von Agrarpflanzen dienen, die weniger toxische Halbmetalle anreichern. Die Studie ist Teil des Projekts PHIME (Public health impact of long-term, low-level mixed element exposure in susceptible population strata), das unter dem Themenbereich "Lebensmittelqualität und -sicherheit" des Sechsten Rahmenprogramms (RP6) mit 13,43 Mio. EUR finanziert wurde. Durch Grundwasserbohrungen für kostengünstige flache Kleinbrunnen in Südostasien und Bergbauarbeiten in China, Thailand und den Vereinigten Staaten übersteigen die Arsenkonzentrationen im Wasser inzwischen in vielen Regionen die von der Weltgesundheitsorganisation festgelegte Grenze von 10 Mikrogramm pro Liter. Ab diesem Grenzwert besteht für den Menschen Gefahr für Leib und Leben. In Größenordnungen zweistelliger Millionenzahlen sind Menschen weltweit durch zu hohe Arsenkonzentrationen in Trinkwasser oder Getreide, das auf arsenverseuchten Boden angebaut wird, gefährdet. Dabei kann eine langfristige Exposition gegenüber dem hochgiftigen Halbmetall schwere gesundheitliche Folgen haben, vor allem für innere Organe wie Magen-Darm-Trakt, Nieren, Leber, Lunge und Haut, und auch das Risiko von Krebserkrankungen steigt um ein Vielfaches. Schätzungen zufolge enthält allein in Bangladesch das Trinkwasser für 25 Millionen Menschen mehr als 50 Mikrogramm Arsen pro Liter, 2 Millionen der Betroffenen sind bereits tödlich an Krebs erkrankt, dessen Ursache Arsen ist. Nach Überzeugung der Forscher, die an Laboren in der Schweiz, Südkorea und den Vereinigten Staaten sowie am Schweizer Pflanzenforschungszentrum NCCR Plant Survival arbeiten, sei die Identifizierung von Genen, die die Arsenanreicherung in Pflanzen steuern, ein erster Schritt, um das Problem wirksam anzugehen. Ihre Erkenntnisse beschreiben sie im Detail im Fachblatt Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Pflanzen besitzen die unrühmliche Eigenschaft, giftige Metalle in ihren Zellen anzureichern, die auf diese Weise in die Nahrungskette gelangen. Arsen beispielsweise wird in Reiskörnern gespeichert und stellt in Regionen, deren Böden mit dieser giftigen Substanz kontaminiert sind, ein hohes Gesundheitsrisiko für die Bevölkerung dar, da Reis dort Hauptnahrungsmittel ist. Das Arsen oder Kadmium aus den Böden wird von den Pflanzenzellen aufgenommen und in Zellkompartimenten, sogenannten Vakuolen, gespeichert. Der zellinterne Transport und die Speicherung in den Vakuolen obliegt einer als Phytochelatine bezeichneten Kategorie von Peptiden, die die Pflanze von toxischen Schwermetallen entgiften, indem sie die Substanzen binden und in die Vakuolen abtransportieren. Den Prozess vergleichen die Forscher mit dem Beladen eines LKWs mit einem Anhänger, wobei der gesamte Fahrzeugkomplex dann in den Vakuolen geparkt wird. "Durch Identifizierung der Gene, die die Phytochelatine beim Transport in die Vakuolen steuern, haben wir das fehlende Glied entdeckt, nach dem die Wissenschaft 25 Jahre lang gesucht hat", sagte Enrico Martinoia, Professor für Pflanzenphysiologie an der Universität Zürich, Schweiz. Er und sein Team sind überzeugt, dass durch Kontrolle dieser Gene bald Pflanzen gezüchtet werden könnten, die den Transfer toxischer Metalle und Halbmetalle von der Wurzel in die Blätter und Körner unterbinden, sodass Arsen gar nicht erst in die Nahrungskette gelangt. "Weitere Genanalysen könnten zeigen, wie sich die Anreicherung dieser Metalle in essbaren Teilen der Pflanze wie etwa Körnern oder Früchten verhindern lässt", erklärt Youngsook Lee von der wissenschaftlich-technischen Universität Pohang (POSTECH) in Südkorea.
Länder
Bangladesch, Schweiz, China, Südkorea, Thailand, Vereinigte Staaten