Der modifizierte Pothos-Efeu. (Bildnachweis: Mark Stone / U. Washington)

Forscher haben eine gewöhnliche Zimmerpflanze - Pothos-Efeu - gentechnisch verändert, um Chloroform und Benzol aus der umgebenden Luft zu entfernen.

Wir möchten, dass die Luft in unseren Häusern so sauber wie möglich bleibt, und manchmal verwenden wir HEPA-Luftfilter, um Allergene und Staubpartikel fernzuhalten. Einige gefährliche Verbindungen sind jedoch zu klein, als dass diese Filter eingeschlossen werden könnten.

Kleine Moleküle wie Chloroform, das in geringen Mengen in chloriertem Wasser enthalten ist, oder Benzol, ein Bestandteil von Benzin, bilden sich in unseren Häusern, wenn wir Wasser duschen oder kochen, oder wenn wir Autos oder Rasenmäher in angeschlossenen Garagen lagern. Sowohl die Einwirkung von Benzol als auch von Chloroform wurde mit Krebs in Verbindung gebracht.

Die modifizierten Pflanzen exprimieren ein Protein namens 2E1, das diese Verbindungen in Moleküle umwandelt, die die Pflanzen dann nutzen können, um ihr eigenes Wachstum zu unterstützen.

"Die Leute haben nicht wirklich über diese gefährlichen organischen Verbindungen in Häusern gesprochen, und ich denke, das liegt daran, dass wir nichts dagegen tun konnten", sagt der leitende Autor Stuart Strand, Professor für Forschung in der Abteilung Bau- und Umwelttechnik am der University of Washington. "Jetzt haben wir Zimmerpflanzen entwickelt, um diese Schadstoffe für uns zu entfernen."

Eine grüne Leber außerhalb des Körpers

Das Team entschied sich für ein Protein namens Cytochrom P450 2E1 oder kurz 2E1, das in allen Säugetieren einschließlich des Menschen vorhanden ist. In unserem Körper verwandelt 2E1 Benzol in eine Chemikalie namens Phenol und Chloroform in Kohlendioxid und Chloridionen. 2E1 befindet sich jedoch in unserer Leber und wird aktiviert, wenn wir Alkohol trinken. Es ist also nicht verfügbar, um uns dabei zu helfen, Schadstoffe in unserer Luft zu verarbeiten.

„Wir haben uns entschieden, diese Reaktion außerhalb des Körpers in einer Pflanze ablaufen zu lassen, ein Beispiel für das Konzept der grünen Leber“, sagt Strand. „Und 2E1 kann auch für die Anlage von Vorteil sein. Pflanzen verwenden Kohlendioxid- und Chloridionen, um sich zu ernähren, und sie verwenden Phenol, um Bestandteile ihrer Zellwände zu bilden. “

Die Forscher stellten eine synthetische Version des Gens her, das als Anleitung für die Herstellung der Kaninchenform von 2E1 dient. Dann führten sie es in Pothos-Efeu ein, so dass jede Zelle in der Pflanze das Protein exprimierte. Pothos-Efeu blüht nicht in gemäßigten Klimazonen, so dass sich die gentechnisch veränderten Pflanzen nicht über Pollen ausbreiten können.

„Dieser gesamte Prozess hat mehr als zwei Jahre gedauert“, sagt der Hauptautor Long Zhang, ein Wissenschaftler in der Abteilung Bau- und Umwelttechnik. „Das ist im Vergleich zu anderen Laboranlagen eine lange Zeit, was nur wenige Monate dauern kann. Aber wir wollten das in pothos, weil es eine robuste Zimmerpflanze ist, die unter allen Bedingungen gut wächst. “

Testlauf

Die Forscher testeten dann, wie gut ihre modifizierten Pflanzen die Schadstoffe aus der Luft entfernen konnten, verglichen mit normalem Efeu aus Pothos. Sie legen beide Arten von Pflanzen in Glasröhrchen und fügen dann in jedes Röhrchen Benzol- oder Chloroform-Gas hinzu. An 11-Tagen verfolgte das Team, wie sich die Konzentration der einzelnen Schadstoffe in jeder Röhre veränderte.

Bei den unmodifizierten Anlagen hat sich die Konzentration der beiden Gase im Laufe der Zeit nicht geändert. Bei den modifizierten Anlagen sank die Konzentration an Chloroform jedoch nach drei Tagen um 82 Prozent und war am sechsten Tag fast nicht nachweisbar. Die Benzolkonzentration nahm in den modifizierten Pflanzenfläschchen ebenfalls ab, jedoch langsamer: Bis zum achten Tag war die Benzolkonzentration um etwa 75 Prozent gefallen.

Um diese Veränderungen der Schadstoffkonzentrationen zu erkennen, verwendeten die Forscher viel höhere Schadstoffkonzentrationen als sie üblicherweise in Wohnräumen zu finden sind. Das Team geht jedoch davon aus, dass die Heimniveaus im selben Zeitraum ähnlich, wenn nicht schneller abfallen würden.

Pflanzen in der Wohnung müssten sich auch in einem Gehege befinden, mit etwas, das Luft an den Blättern vorbeiziehen lässt, wie ein Ventilator, sagt Strand.

"Wenn Sie eine Pflanze in der Ecke eines Raumes wachsen ließen, wirkt sich dies in diesem Raum aus", sagt er. "Aber ohne Luftstrom wird es lange dauern, bis ein Molekül am anderen Ende des Hauses die Anlage erreicht."

Das Team arbeitet derzeit an der Steigerung der Anlagenkapazitäten, indem es ein Protein hinzufügt, das ein anderes gefährliches Molekül, das in der häuslichen Luft vorkommt, abbauen kann: Formaldehyd, das in einigen Holzprodukten vorhanden ist, wie Laminatböden und -schränke, und Tabakrauch.

Long Zhang stellt eine Efeupflanze aus Pothos in ein Glasröhrchen, um zu testen, ob sie Benzol oder Chloroform abbauen kann. (Bildnachweis: Mark Stone / U. Washington)

"Dies sind alles stabile Verbindungen, daher ist es wirklich schwer, sie loszuwerden", sagt Strand. „Ohne Proteine, um diese Moleküle abzubauen, müssten wir dazu hochenergetische Prozesse einsetzen. Es ist so viel einfacher und nachhaltiger, diese Proteine ​​in einer Zimmerpflanze zusammenzuführen. “

Die National Science Foundation, Amazon Catalyst von UW und das National Institute of Environmental Health Sciences finanzierten die Forschung.

Die Forschung erscheint in Umweltwissenschaft & Technologie.

Quelle: Universität von Washington

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