Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen, kurz PFAS, sind eine Gruppe industriell hergestellter Chemikalien mit wasser-, fett- und schmutzabweisenden Eigenschaften. Sie werden unter anderem in beschichteten Kochutensilien, wasserabweisenden Textilien, Lebensmittelverpackungen, Feuerlöschschäumen sowie in Medizin und Industrie eingesetzt.
Ihre besondere chemische Stabilität stellt jedoch gleichzeitig ein erhebliches Umweltproblem dar. Aufgrund der sehr stabilen Kohlenstoff-Fluor-Bindungen werden viele PFAS in der Natur kaum abgebaut. Sie können sich in Gewässern, Böden und Organismen anreichern und werden deshalb häufig als „Ewigkeitschemikalien“ bezeichnet.
Auch die nachträgliche Entfernung von PFAS aus belastetem Wasser ist technisch aufwendig und kostspielig. Für ihren zuverlässigen Nachweis werden bislang vor allem spezialisierte Laborverfahren wie die Flüssigchromatographie mit Tandem-Massenspektrometrie, kurz LC-MS/MS, eingesetzt. Diese Methoden können PFAS in sehr niedrigen Konzentrationen nachweisen, benötigen jedoch teure Geräte und eine aufwendige Probenvorbereitung. Ein engmaschiges Monitoring zahlreicher Wasserproben ist daher mit hohen Kosten und erheblichem Zeitaufwand verbunden. Mit dieser Herausforderung beschäftigt sich das interdisziplinäre iGEM Team Berlin im Projekt SensePFASt. Die international Genetically Engineered Machine Competition (iGEM) ist ein internationaler Wettbewerb im Bereich der Synthetischen Biologie, bei dem Studierende eigenständig wissenschaftliche Lösungsansätze für gesellschaftliche, medizinische und ökologische Probleme entwickeln.
Das Team arbeitet an einem Hefe-basierten Biosensor System zur Detektion verschiedener
ausgewählter PFAS in Wasserproben. Gentechnisch veränderte Hefezellen sollen auf das Vorhandensein bestimmter PFAS reagieren und ein messbares biologisches Signal, beispielsweise Fluoreszenz, erzeugen.
Dabei verbleiben die gentechnisch veränderten Hefezellen während der Anwendung in einem geschlossenen Bioreaktorsystem und gelangen nicht in das untersuchte Wasser oder die Umwelt. Zusätzlich verwenden wir einen Laborhefestamm, der auf bestimmte Nährstoffe im Kulturmedium angewiesen ist und sich außerhalb dieser kontrollierten Bedingungen nicht dauerhaft vermehren kann.
Nach Abschluss des Detektionsvorgangs werden die verwendeten Hefekulturen autoklaviert und dadurch vollständig inaktiviert.Durch diese Kombination aus biologischer und technischer Sicherheitsbarriere soll der Biosensor unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt werden können. Gleichzeitig arbeitet das Team daran, das System so weiterzuentwickeln, dass es künftig als kostengünstiges, sensitives und skalierbares Screeningverfahren eingesetzt werden kann.
Der Biosensor soll die etablierte Laboranalytik nicht ersetzen, sondern sie ergänzen: Wasserproben könnten zunächst schnell auf mögliche Belastungen untersucht und auffällige Proben anschließend gezielt im Labor analysiert werden.Neben der wissenschaftlichen Entwicklung möchte SensePFASt das öffentliche Bewusstsein für die PFAS-Problematik stärken und zeigen, welchen Beitrag junge Wissenschaftler*innen zur Lösung aktueller Umweltprobleme leisten können. Das Team präsentiert sein Projekt daher bei Veranstaltungen, an Schulen und in öffentlichen Formaten. Der Austausch mit Umweltorganisationen, Forschungseinrichtungen, Wasserwirtschaft und Unternehmen fließt in die Weiterentwicklung des Biosensors ein.
Ein Biosensor allein kann das grundlegende PFAS-Problem jedoch nicht lösen. Verbessertes Monitoring kann Belastungen sichtbar machen und bei der Identifikation verunreinigter Standorte helfen. Entscheidend bleibt, vermeidbare PFAS-Anwendungen einzuschränken, sicherere Alternativen zu entwickeln und den Eintrag langlebiger Schadstoffe in die Umwelt möglichst zu verhindern. Mit SensePFASt möchte das iGEM Team Berlin zeigen, welchen Beitrag die Synthetische Biologie zu einem besseren Umweltmonitoring und zum Schutz unserer Wasserressourcen leisten kann.
Weitere Informationen zum Projekt und zum iGEM Team Berlin gibt es auf der Projektwebseite der HU Berlin.
