Toxische Blaualgen auf dem Vormarsch - HAP erhält Forschungsauftrag

Entwicklung eines Biosensors für die zeitnahe Erfassung toxischer Cyanobakterien und Algen bei der Trinkwasseraufbereitung

Die massenhafte Entwicklung toxischer Cyanobakterien und Mikroalgen in Oberflächengewässern ist weltweit ein zunehmendes Problem. Die Gefährdung der menschlichen Gesundheit infolge der in diesen Organismen vornehmlich gebildeten Hepato- und Neurotoxine ist besonders über das Trinkwasser zu befürchten. Aus diesem Grund wurden durch die WHO und in vielen Ländern gesonderte, strenge Regelungen für die Begrenzung der Toxinkonzentration im Trinkwasser beschlossen.

Unsere Partner: 
Stiftung Alfred Wegener Institut für Polar- und Meeresforschung,  
iSiTEC GmbH, Bremerhaven
DVGW Technologiezentrum Wasser Karlsruhe (TZW), Außenstelle Dresden

Ungeachtet dessen ist eine zeitnahe Überwachung der Trinkwasseraufbereitung in Bezug auf diese Stoffe bisher noch unzureichend gelöst, jedoch dringend erforderlich.

Tests werden bisher beispielsweise auf Basis von ELISA und PPIA-Verfahren angeboten. Diese Methoden sind aber zu unempfindlich für die Sicherheit von Trinkwasserkontrollen. Die Entwicklung von Alternativverfahren für eine zeitnahe, empfindliche Vorort-Detektion ist deshalb dringend erforderlich und weltweit stark nachgefragt.

Das Ziel des Projekts besteht in der Entwicklung eines Biosensors für den schnellen und empfindlichen Nachweis toxischer Algen und Cyanobakterien in Wässern, die für die Trinkwasseraufbereitung genutzt werden. Mit Hilfe von elektrochemischen Multisensorarrays soll der parallele Nachweis der wichtigsten toxischen Arten sowohl in Salz- als auch in Süßwasser möglich gemacht werden. Der Transport der Proben und die relativ aufwendige und kostenintensive Untersuchung in einem Labor können damit entfallen. Als Basis für ein derartiges Gerät existiert bereits ein von den Projektpartnern iSiTEC und AWI im Rahmen eines EU-Projekts entwickelter halbautomatischer rRNA-Sensor, wodurch der Nachweis der grundsätzlichen Machbarkeit der Entwicklung bereits erbracht wurde.

Das bekannte Messprinzip auf Basis einer elektrochemischen rRNA-Analyse soll zu einem Sensorsystem für den Nachweis trinkwasserrelevanter toxischer Algen und Cyanobakterien weiterentwickelt werden. Erstmals soll die schnelle Ermittlung toxischer Algenkonzentrationen über eine mathematische Korrelation mit den rRNA-Bestandteilen der Organismen in Rohwässern und verschiedenen Stufen der Trinkwasseraufbereitung erfolgen.

Ein weiterer zentraler Punkt des Projektes ist die Automatisierung des Messverfahrens einschließlich der Entwicklung einer automatisierten und vor allem reproduzierbaren Probenvorbereitung für den Algenaufschluss mittels Integration einer miniaturisierten Aufschlussapparatur. Dieses Problem konnte bisher für Feldmessungen generell nicht gelöst werden. Die vorgeschlagene Variante ist vielversprechend und bei Gelingen auch auf andere Feldmessgeräte übertragbar.

Für die Bearbeitung dieser übergreifenden Aufgaben hat sich ein Konsortium mit den Schwerpunkten der wissenschaftlichen und technischen Sensorentwicklung (AWI und iSiTEC), der Aufschlusstechnik (HeliosAquaPlus) und der Trinkwasseraufbereitung und Überwachung (TZW) zusammengefunden.   

Die Entwicklung eines derartigen Sensorsystems zum schnellen Nachweis toxischer Algen und algenbürtiger Materie in verschiedensten Prozessen der Trinkwasseraufbereitung wäre ein großer Schritt in Richtung mehr Sicherheit gegenüber der wachsenden Ausbreitung dieser Algen in Binnen- und Küstengewässern, die der Trinkwassergewinnung dienen.
Aber auch für den gesamten Bereich der Schifffahrt ist dieses Thema von großer Bedeutung.

Aufgrund des weltweit großen Bedarfs zur schnellen Detektion toxischer Algenspezies einerseits und der bisher aber noch völlig unzureichenden Möglichkeiten andererseits, ist für ein solches Sensorsystem ein großes Marktpotential vorhanden.