Hilfreiche Hefen

Mikroorganismen wie Bakterien oder Hefepilze könnten die Sensortechnik revolutionieren. Im Zusammenspiel mit Hightech-Elektronik sorgen sie unter anderem für sauberes Wasser und frische Raumluft.

3D-Rekonstruktion von Hefe-Sensorzellen

Unbeweglich und doch quicklebendig: 3D-Rekonstruktion von immobilisierten Hefe-Sensorzellen, die in einem speziellen Gel sicher gelagert sind.

Molsurf GmbH & Co. KG

Der sächsische Wachstumskern „BioSAM“ will mit den Bio-Sensoren sogar einen neuen Wirtschaftszweig in Mitteldeutschland schaffen. Ziel der Biologen und Ingenieure ist es, die Sensortechnik mit Hilfe funktionalisierter Mikroorganismen umzukrempeln. Die Hefen und Bakterien arbeiten kostensparend, schnell und direkt vor Ort. Langwierige Labortests werden überflüssig. Selbst extreme Umgebungsbedingungen wie Hitze oder Kälte können den winzigen Sensoren nichts anhaben.

Wasserdetektive

Funktionalisierung heißt, die Zellen der Mikroorganismen werden genetisch so verändert, dass sie auf bestimmte Stoffe reagieren. Sie bilden dann fluoreszierende Eiweiße, die grün oder rot leuchten. So können zum Beispiel Arzneimittelrückstände im Wasser entdeckt werden. In einem Kooperationsprojekt haben Wissenschaftler und ihre Unternehmenspartner auf diese Weise das Schmerzmittel Diclofenac eindeutig nachgewiesen. Rückstände von Arznei- oder auch Pflanzenschutzmitteln im Wasser sind ein großes Problem, und deren Nachweis ist bisher sehr aufwendig und teuer.

Mikroskopaufnahme von Hefe-Sensorzellen

Mikroskopaufnahme von Hefe-Sensorzellen, die als Reaktion auf bestimmte Stoffe grün fluoreszierende Eiweiße bilden.

Institut für Genetik TU Dresden

Metallrecycler

Es gibt aber auch Stoffe im Wasser, die vor allem durch den Bergbau angereichert wurden und die es wiederzugewinnen lohnt. Dazu gehören Metalle wie Quecksilber, Kupfer oder Seltene Erden, die immer knapper werden. Um diese Metalle zu analysieren und zu binden, sind in einem weiteren BioSAM-Projekt Zellen von Bodenbakterien als Sensoren eingesetzt worden. Erste Tests damit waren bereits erfolgreich.

Biogasoptimierer

Da die sensiblen Hefezellen kein Problem mit harschen und geruchsauffälligen Umgebungen haben, können sie auch in Biogasanalagen zum Einsatz kommen. Dort sorgen sie dafür, dass das kostspielige Maissilage-Substrat, das zur Vergärung der Biomasse notwendig ist, so effektiv wie möglich genutzt wird. Dafür müssen die Konzentrationen von Essigsäure, Kupfer und Eisen genau aufeinander abgestimmt sein. Die biologischen Sensoren erkennen die Konzentrationen dieser Stoffe, sodass bei einem Missverhältnis sofort eingegriffen werden kann.

Gehäuse eines Sensorsystems auf einer Hand

Dieses ultrakompakte, robuste, batteriebetriebene Bio-Sensorsystem hat sich bei Praxistests bereits bewährt.

Sciospec GmbH

Hoffnungsträger

Die BioSAM-Forscher haben spezielle Gele und mikrofluidische Kammern entwickelt, in denen die empfindlichen Zellen ungestört leben und arbeiten können. Für den Einsatz in der Praxis hat der Unternehmenspartner Sciospec GmbH gemeinsam mit der Universität Leipzig ein sehr kompaktes, batteriebetriebenes System aufgebaut, das den fragilen Bio-Sensoren eine robuste Hülle bietet. Gleichzeitig ist dort auch die schwierige Verbindung von Zellen und Elektronik geglückt. Das Sensorsystem hat erste Tests in der Praxis brillant gemeistert. Durch die Einhausung der genetisch veränderten Zellen steht auch einer offiziellen Genehmigung für ihre künftige Nutzung als Sensoren nichts im Wege.

Weitere Informationen