Im Meer, in Flüssen und Seen, und sogar im Grundwasser schwimmen weltweit winzige, unsichtbare Plastikpartikel, genannt Mikroplastik oder Nanoplastik. Von dort gelangen sie in die Nahrungskette und auch zum Menschen. Die Plastikteilchen aufzuspüren, ist gar nicht so leicht, erläutert Biotechnologie-Studentin Alina Eggert.
"Oft wird es verwechselt mit Staubpartikeln. Wir haben einfach gesagt: Wir wollen wirklich Mikroplastik detektieren und quantifizieren. Damit man weiß: Wieviel ist in meiner Probe drin, und wenn möglich auch was."
Um am internationalen Wettbewerb iGEM für synthetische Biologie in Boston teilzunehmen, suchten neun Aachener Studierende eine gute Idee zur Beseitigung oder wenigstens zum Nachweis von Mikroplastik, erinnert sich Yasmin Kuhn.
"Wir haben uns einfach überlegt: Wie kann man etwas aus etwas anderem herausfiltern auf einfache Weise? Und da haben wir gedacht: Magnetisch ist immer einfach."
Bakterien tragen winzige magnetische Partikel
Die Lösung fanden sie in der Natur. Am Boden verschiedener Gewässer leben Bakterien, die winzige magnetische Partikel in sich tragen – aufgereiht hintereinander bilden sie eine Kompassnadel. Die Bakterien heißen Magnetospirillen. Die Magnetkörperchen in ihrem Innern helfen ihnen, sich im Raum zu orientieren. Leider lassen sich Magnetospirillen nur schwer im Labor vermehren. Deshalb wählten die Aachener Studierenden eine verwandte Spezies, die künstlich dazu gebracht wurde, solche Magnetosomen zu bilden.
"Also, ich habe hier im Röhrchen die Rhodospirillen. Das ist der Stamm, mit dem wir arbeiten. Die sind rot, weil sie Fotosynthese betreiben. Die können wir uns gleich unter dem Mikroskop ansehen."
Rhodospirillen sehen unter dem Mikroskop aus wie kleine Schrauben, und um sich zu bewegen schrauben sie sich gewissermaßen durch das Wasser. Die darin enthaltenen Magnetosomen will das iGEM-Team benutzen, um damit winzige Plastik-Partikel einzufangen. Damit die von den Bakterien produzierten Magnetpartikel am Plastik haften bleiben, braucht es aber noch mehr. Dazu benötigt man Fusionsproteine – Bindeproteine, die die Magnetosomen mit dem Plastik verbinden. Am besten mehrere Proteine, die sich spezifisch an verschiedene Plastiksorten binden. Dann fehlt noch eine Markierung, um die Plastikmenge einer Probe messen zu können. Das gelingt mit einem fluoreszierenden Protein als Farbstoff. Proteine lassen sich mit dem Haustier der Biotechnologen herstellen, dem Bakterium Escherichia Coli, erklärt Teammitglied Rebekka Horstmann.
"Das sind E. Coli-Zellen, die in sich drin ein Protein haben, das fluoresziert. Und deshalb kann man sehen, dass sie gelb leuchten. Und damit ist das Bindeprotein, das wir nutzen, verknüpft. Das ist noch nicht auf der Oberfläche. Aber es zeigt, dass sich das Bindeprotein exprimieren lässt, und wir haben damit auch schon Bindetests gemacht."
Das Ergebnis nennen die Aachener Studierenden "Plastractor": Einen Plastik-Fänger, bestehend aus: Magnetosomen, Bindeprotein und Farbstoffmarkierung, erklärt Tobias Spiegl.
Alle Komponenten stammen aus der Natur
"Das Produkt selbst wird am Ende keine lebenden Zellen mehr enthalten. Das Bakterium produziert unsere funktionalisierten Magnetosomen, wird dann aber aufgebrochen und das fertige Produkt, die Magnetosomen, wird extrahiert, damit am Ende kein lebender Organismus im Testverfahren vorhanden ist."
Das neue Verfahren zum Nachweis von Mikroplastik verspricht, zugleich einfach und genau zu sein. Die Komponenten stammen aus der Natur und sind alle biologisch herstellbar – mit Hilfe von Bakterien. Das könnte auch die Jury des iGEM-Wettbewerbs in Boston überzeugen, meint Alina Eggert.
"Unser Plan ist, ein kleines, tragbares handliches Gerät zu bauen, in das wir eine Probe geben. Und am Ende einfach wissen: Welches Plastik ist darin und wieviel?"
