Pflanzen gegen Schwermetall im Essen

Forscher identifizieren Gene, die die Speicherung von Arsen in Pflanzenzellen kontrollieren. Mit diesem Wissen wollen sie Menschen zukünftig vor Vergiftungen schützen.

Zwei Gene kontrollieren die Speicherung und Entgiftung des Schwermetalls Arsen in Pflanzenzellen. Dies berichtet ein internationales Forscherteam in einer gemeinsamen Publikation. Ihre Entdeckung könnte helfen, den Arsengehalt in Nahrungsmitteln zu verringern und belastete Böden zu entgiften – eine viel versprechende Perspektive für Millionen von Menschen weltweit.

Gift in der Nahrung

Arsen ist ein giftiges Halbmetall, dass bei jahrelanger Aufnahme den Magen-Darmtrakt, die Nieren, die Leber, die Lunge und die Haut angreift und im schlimmsten Fall zu Nieren- und Kreislaufversagen oder Krebs führen kann. Auf natürlichem Wege gelangt Arsen über geologische Prozesse aus Gesteinen und Mineralien in das Grundwasser. Zudem erhöhen Industrieabwässer, landwirtschaftliche Aktivitäten und Mülldeponien den Arsengehalt im Boden. Insbesondere der Bergbau und die Förderung von Trinkwasser aus tiefen Gesteinsschichten haben in vielen Ländern Südostasien - und auch in den USA und in Teilen Europas - dazu geführt, dass der Arsengehalt im Trinkwasser den von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) empfohlenen Grenzwert von 10 Mikrogramm pro Liter übersteigt. 

Allein in Bangladesch müssen rund 25 Millionen Menschen Wasser trinken, das bis zu 50 Mikrogramm pro Liter Arsen enthält. Zudem wird das im Boden und im Wasser vorhandene Arsen, aber auch Cadmium, von Pflanzen aufgenommen und in bestimmte Zellkompartimente, die Vakuolen eingelagert. Von dort gelangt es über die Nahrungskette in den menschlichen Körper. Für die dort lebenden Menschen bedeutet dies eine schleichende Vergiftung durch kontaminiertes Trinkwasser und Getreide, das auf arsenbelasteten Böden wächst.

#####bildbox1#####

Vakuolen als Giftcontainer 

Die Wissenschaftler untersuchten am Beispiel von Arabidopsis thaliana, wie das Arsen in der Pflanzenzelle gespeichert wird. Sie fanden heraus, dass der Transport von Arsen im Zellinneren und die anschließende Einlagerung in die Vakuole von einer Kategorie von Peptiden – den Phytochelatinen  – gewährleistet wird. Diese können das giftige Halbmetall (Metalloid) binden und transportieren es wie eine Art „Lastwagen“ bis in die Vakuolen, wo es gespeichert wird. Gesteuert wird dieser Prozess von zwei Genen. Diese kontrollieren den Transport und die Speicherung der Phytochelatinen-Metalloid -Komplexe. 

Pflanzenspeicher für die Umwelttechnik

Das Wissen um die beiden Gene werten die Wissenschaftler als einen Meilenstein in der 25-jährigen Forschung zu giftigen Halbmetallen in Pflanzen. Die Experimente, die an der Modellpflanze Arabidopsis durchgeführt wurden, könnten leicht auf viele Pflanzen übertragen werden. Vor allem die Forschung an wichtigen Nahrungspflanzen verspricht hier große Anwendungspotenziale. 

Zukünftig könnten gezielt Pflanzen entwickelt werden, die den Transfer der giftigen Halbmetalle von der Wurzel bis in die Blätter und die Samen unterdrücken und so verhindern, dass  Arsen in die Nahrungskette gelangt. 

Alternativ könnten Pflanzen gezüchtet werden, die mehr giftige Schwermetalle aufnehmen und speichern. Damit käme diesen Pflanzen eine wichtige Funktion bei der Entgiftung von belasteten Böden zu. Eine viel versprechende Methode hierfür haben die Forscher bereits entdeckt. Die mit dem Gift angereicherten Pflanzen müssten idealerweise nach der Ernte in Hochhöfen verbrannt werden. Die toxischen Elemente würden durch die Verhüttung umweltverträglich vernichtet.