Luftprobe: Bakterienzähler soll Biowaffen-Attacke melden

Ein kleiner Chip soll künftig Alarm schlagen, wenn Terroristen Biowaffen gegen die Bevölkerung einsetzen. Das Gerät misst die Zahl der Bakterien in der Luft - und hat nebenbei erstmals die Artenvielfalt der schwebenden Mikroben aufgedeckt.

Über 20.000 verschiedene Arten von Mikroorganismen leben in einem Liter Meerwasser, knapp 2000 verschiedene Bakterien haben Wissenschaftler in einzelnen Bodenproben gefunden. Und wie viele unterschiedliche Arten schwirren in der Luft herum? Bis zu 1800 Arten wollen US-Forscher gezählt haben. Das ist offensichtlich die erste konkrete Zahl. Denn ein Vergleichswert, eine Schätzung fehlt bislang – auch, weil die Methode, mit der die Ökologen auf diese Zahl gekommen sind, neu ist.

Bacillus anthracis in der Petrischale: Ein Biochip soll Bioterror-Angriffe mit dem Mildbrand-Erreger vorhersagen
AP

Bacillus anthracis in der Petrischale: Ein Biochip soll Bioterror-Angriffe mit dem Mildbrand-Erreger vorhersagen

Bisher haben Forscher Luftproben gesammelt und gaben diese auf eine Kulturschale - rote, grüne, gelbe, weiße und graue Flecken oder Streifen blühten daraufhin auf: So kann man verschiedene Bakterienarten voneinander unterscheiden und zählen. Allerdings: Viele Bakterien aus der Luft können auf dem Nährboden oder in der Nährlösung gar nicht leben, also auch nicht wachsen und erkannt werden. 99 Prozent der Luftbakterien würden in dem Experiment übersehen, sagt Gary Andersen vom Lawrence Berkeley National Laboratory. Eine neuartige Volkszählung sollte her: der Luftbakterien-Zensus.

Also ließ Ökologe Anderson einen Kollegen, den Ingenieur Todd DeSantis, ein System entwickeln, mit dem Luftproben ohne Petrischale ausgewertet werden können: den PhyloChip. Der Biochip erkennt in der Luftprobe ein Gen, das die Bauanleitung für die Nukleinsäure 16s-RNA enthält. Diese kommt in jedem Bakterium vor, wobei jede Mikrobenart eine eigene Genvariante dafür hat – das Unterscheidungsmerkmal schlechthin.

Luftbakterien-Zensus soll Angriffe mit Biowaffen vorhersagen

Bis zu 9000 Formen kann PhyloChip nach Angaben der Forscher voneinander unterscheiden. Bei ihrer Bakterienzählung fanden die Wissenschaftler 1500 bis 1800 - womit die Vielfalt an verschiedenen Arten in der Luft genauso groß sei wie in Bodenproben, schreiben die Forscher in dem Wissenschaftsjournal "Proceedings of the National Academy of Sciences" (Online-Vorabveröffentlichung). Die Proben wurden sieben Wochen lang täglich an verschiedenen Orten in den texanischen Städten San Antonio und Austin gesammelt.

"Diese Arbeit unterstreicht, wie wenig wir über die Populationen von Bakterien in der Luft wissen und woher sie kommen", sagte Andersen. Doch die Artenvielfalt der mikroskopisch kleinen Luftikusse aufzudecken und zu beschreiben sowie die Spezies zu katalogisieren, war nur der Grund für die Publikation in dem Fachmagazin. Eigentlich verfolgen Anderson und seine Kollegen andere Ziele. Nicht umsonst wurde das Forschungsprojekt auch vom Department of Homeland Security, dem US-amerikanischen Heimatschutzministerium, finanziert.

Die ständigen Volkszählungen der Luftbakterien sollen das Bioterrorismus-Überwachungsprogramm unterstützen. Immerhin schwirren in der Luft auch krank machende Bakterien herum, etwa der Milzbranderreger Bacillus anthracis oder der Hasenpest-Keim Francisella tularensis, der auch Menschen befallen kann. Fast alle Bakterien, aus denen sich Biowaffen bauen lassen, kommen laut Andersen natürlicherweise in der Luft vor. Es sei nur eine Frage der Menge und des Knowhow, aus den Bakterien das Material für eine biologischen Angriff herzustellen.

Wenn auf einmal mehr dieser pathogenen Erreger in der Luft gemessen werden, muss man sich fragen: Ist das eine normale Schwankung, zum Beispiel weil sich sie Wetterverhältnisse geändert haben? Oder ist das verdächtig und deutet auf eine Bioterrorattacke hin? Wenn es trockener wird, schwirren beispielsweise mehr sporenbildende Bakterien wie der Milzbranderreger durch die Luft. "Solch eine Spitze muss nicht auf einer biologischen Attacke beruhen", sagte Eoin Brodie, der mit Andersen zusammen im Berkeley Lab arbeitet. Sie kann aber.

Bakterien aus Sahara sollen in der Karibik für Asthma sorgen

Also sollen zukünftig Luftdruck, Luftströmung, Luftfeuchte, Sonnenstrahlung und andere atmosphärische Variablen beachtet werden. Andersens Team will deswegen Standardwerte für einzelne Bakterienarten unter bestimmten Bedingungen aufstellen. Damit können die Ökologen und Genetiker auch zu Klimaforschern werden. "Wenn wir untersuchen, was in der Luft ist, dann können wir auch erforschen, wie der Klimawandel auf die mikrobielle Artenvielfalt in der Luft einwirkt", sagte Andersen.

Dass Andersens Team in der Luft die gleichen Bakteriengruppen wie im Boden gefunden hat, verwundert Astrid Brandis-Heep vom Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie nicht: "Mikroorganismen sind häufig an Staubpartikel geheftet." Und diese gelangen eben vom Boden in die Luft und umgekehrt - in großem Maße etwa Staub aus der Sahara, der über den Atlantik bis an die Ostküste Nordamerikas getrieben wird.

Dieser Staub habe in der Karibik die Zahl von Asthma-Fälle erhöht, sagte Anders unter Berufung auf neueste Forschungsergebnisse. Allerdings: Ob das am Staub oder an den mittransportierten Bakterien liegt, ist unklar. Man müsse auch vorsichtig sein zu sagen, so die Mikrobiologin, ob die Krankheitserreger überhaupt das Potential haben, Lungenkrankheiten zu fördern.

fba

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