Mit flüssigen Salzen gegen Keime

9. Mai 2015, 10:30
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Ein Wiener Christian-Doppler-Labor arbeitet an ionischen Flüssigkeiten zum Aufspüren von Verunreinigungen in Lebensmitteln

Wien - "In der Molekularbiologie betreten wir mit diesen Salzen gerade Neuland." Es war ein gutes Stück Pioniergeist, das Peter Rossmanith heute an den sogenannten ionischen Flüssigkeiten - an "flüssigen Salzen" - forschen lässt. Viele Arbeiten darüber gebe es in seinem Fach noch nicht, sagt der Molekularbiologe. In der Technikforschung sind ionische Flüssigkeiten schon seit ein paar Jahren populär. Als Schmiermittel von Windkrafträdern oder als neuartige Elektrolyte für Batterien und Akkus finden die künstlich hergestellten Substanzen bereits Anwendung. Mit seinem Christian-Doppler-Labor "Monitoring mikrobieller Kontaminanten" testet Rossmanith nun die Salze mit Industriepartnern auf ihren Nutzen für die Lebensmittelherstellung.

Das Labor, angesiedelt an der Vetmed-Uni Wien, widmet sich dem Nachweis von Keimen. Es arbeitet auch an neuen Methoden zu ihrer Entfernung und zur Desinfektion von Produktionsstätten. "Egal ob Molkerei, Brauerei, ein Käsehersteller oder ein anderer Betrieb: Sie alle haben mit mikrobiologischen Kontaminationen bei der Lebensmittelherstellung zu tun, etwa mit Schimmelpilzen, Bakterien oder Viren." Um diese im Vergleich zu herkömmlichen Methoden einfacher loszuwerden, setzt Rossmanith große Hoffnungen auf die Salze. Sie seien "möglicherweise auch umweltverträglicher" als gebräuchliche Lösungs- und Desinfektionsmittel - einige Forscher bezeichnen sie bereits als "grüne Chemie".

Kennzeichen: Unordnung

Die ionischen Flüssigkeiten haben spezielle Fähigkeiten. Feste Salze wie das Tafelsalz bauen sich chemisch aus "ordentlich" angeordneten Ionen - Kationen und Anionen - auf. Die flüssigen Salze sind hingegen durch Unordnung im Ionenverband gekennzeichnet; sie haben kein starres Kristallgitter ausgebildet. Die Folgen: Sie sind bei Temperaturen unter 100 Grad flüssig, sie verdampfen nicht, sie halten sehr hohe Temperaturen aus, sie haben eine hohe elektrische Leitfähigkeit, und sie lassen sich wie ein Festkörper nicht verdichten. "Das macht sie für eine Reihe von Anwendungen so interessant", sagt Rossmanith.

Das Bakterium Listeria monocytogenes ist ein Schrecken der Lebensmittelhersteller - und Verbraucher. Es kann über den Verzehr von rohem Fleisch oder Rohmilchkäse Infektionskrankheiten beim Menschen auslösen, die mitunter auch tödlich enden. Die Listerien hat Rossmanith bereits mit ionischen Flüssigkeiten konfrontiert.

Die Bakterien wiesen dabei schon Resistenzen gegen eine bestimmte Gruppe von gebräuchlichen Reinigungsmitteln auf: gegen die "quartären Ammoniumverbindungen" (QAV).

Die QAVs zerstören in der Regel die Zellmembran der Bakterien. Die resistenten Bakterien verfügen aber durch eine genetische Mutation über eine Art Schleuse, durch die das toxische Mittel schnell wieder ausgeschieden werden kann - noch bevor es Schaden anrichtet.

Das Ergebnis: Die gegen QAVs resistenten Bakterien haben auch gegenüber ionischen Flüssigkeiten tolerant reagiert, wenn diese den QAVs chemisch ähnlich waren. Gegen anders aufgebaute ionische Flüssigkeiten hatten sie hingegen keinen Abwehrmechanismus parat.

In einer anderen Studie konnte Rossmanith bereits zeigen, dass sich ionische Flüssigkeiten gut für den Nachweis von gefährlichen Keimen eignen: Sie sind demnach ein effizientes "Lösungsmittel", um etwa Bakterien aus den Lebensmitteln lebendig zu gewinnen. Bakterien lassen sich so im Vergleich zu den üblichen Verfahren besser nachweisen.

Flüssigkeiten nach Maß

Ionische Flüssigkeiten sind seit über einem Jahrhundert bekannt. Doch erst 2003 stellte das Chemieunternehmen BASF das erste industrielle Verfahren auf Basis der ionischen Liquide vor. "Sie waren bis vor kurzem noch relativ schwer herzustellen", sagt Rossmanith. Dem Wiener Labor kam sein Grazer Partner Proionic zu Hilfe: Das Technologieunternehmen hat einen Weg gefunden, um die Synthese ionischer Flüssigkeiten extrem zu vereinfachen.

"Das Tolle ist, dass man mit den Eigenschaften der ionischen Flüssigkeiten gut spielen kann", so der Forscher. Man kann sie maßschneidern: also die Kationen und Anionen auf die verschiedenste Art kombinieren und damit die Stoffeigenschaften verändern, etwa in Bezug auf Schmelzpunkt, Gefrierpunkt, Wasserlöslichkeit oder auch Toxizität für Bakterien.

Rund 600 ionische Flüssigkeiten haben die Vetmed-Forscher im vergangenen Jahr bereits hergestellt. Produziert wird dabei über den Projektbedarf hinaus. Ziel ist, eine Datenbank ionischer Flüssigkeiten aufzubauen, die diese "in Richtung molekularbiologischer Anwendungen" charakterisiert. "Wir sollten die Fühler in alle Richtungen von möglichen Anwendungen in der Molekularbiologie ausstrecken - die Zeit ist dafür reif", sagt Rossmanith. (Lena Yadlapalli, 9. 5. 2015)

  • Listerienbakterien sind ein Schrecken für Lebensmittelhersteller und vor allem für Verbraucher. Der Verzehr von kontaminierten Nahrungsmitteln kann mitunter tödlich enden.
    foto: picturedesk.com / scimat / photoresearchers

    Listerienbakterien sind ein Schrecken für Lebensmittelhersteller und vor allem für Verbraucher. Der Verzehr von kontaminierten Nahrungsmitteln kann mitunter tödlich enden.

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