Filter aus Molke macht Viren wie SARS-CoV-2 den Garaus

Die meisten Viren verbreiten sich entweder über Flüssigkeitstropfen oder direkten Kontakt. Speziell in kontaminiertem Wasser können Erreger über eine lange Zeit infektiös bleiben. Sie aus Wasser zu entfernen, war bisher nur unter Einsatz von aufwändigen und umweltbelastenden Techniken möglich. Forscher haben nun einen Virenfilter entwickelt, der nicht nur effektiv ist, sondern auch einfach hergestellt werden kann.

Bild: Palika A et al, Nature Nanotechnology, 2021

Kombinationsfilter reinigt Wasser

Die Entfernung gefährlicher Viren wie etwa dem Coronavirus SARS-CoV-2, Ifnfluenza oder Rotaviren aus Wasser ist oft nur mit Verfahren wie Umkehrosmose oder mit nanosilberhaltigen Filtern möglich. Ein Team rund um Archana Palika von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) haben nun einen neuartigen Filter entwickelt, der auf einem Netz aus Molkeproteinen und Eisen-Nanopartikeln basiert. Dabei handelt es sich um biokompatible Materialien.

Der Filter besteht aus denaturierten Molkeproteinen, die sich unter dem Einfluss von Säure und durch Erhitzen auf etwa 90 Grad zu feinen Amyloidfibrillen zusammenschließen. Anschließend kommt hydratisiertes Eisenchlorid hinzu. Außerdem wird der pH-Wert der Lösung durch Natronlauge wieder erhöht. Das Eisenchlorid wandelt sich dadurch in Eisenhydroxid-Nanopartikel um, die sich an die aus den Molkeproteinen entstandenen Amyloidfasern anlagen. Diese Nanopartikel sind positiv geladen und können die in der Regel negativ geladenen Viren anziehen. Das funktioniert sowohl mit umhüllten Viren wie Influenzaviren oder auch SARS-CoV-2, aber auch mit unbehüllten Erregern wie Rota- oder Enteroviren.

Mit Molkeproteinen gegen Viren

In Tests mit verschiedenen Viren – sowohl mit als auch ohne Hülle – konnten die Forscher zeigen, wie gut ihr Filter funktioniert. Sie kontaminierten Wasser mit dem unter anderem mit dem Coronavirus SARS-CoV-2, dem Influenzavirus H1N1 sowie mehreren Bakteriophagen. Die Belastung lag dabei bei etwa einer Million infektiösen Einheiten pro Milliliter. In den Tests sank nach der Passage durch die Filtermembran die Virenkonzentration in allen Proben unter die Nachweisgrenze. „Die Membran reduzierte damit das infektiöse Potenzial um mehr als sechs Größenordnungen„, erläutern die Forscher. In weiteren Tests fanden sie heraus, dass die Viren nicht nur gefiltert, sondern auch durch die Eisen-Nanopartikel inaktiviert wurden.

Durch die Kombination von Esen-Hydroxid-Nanopartikeln mit den Molkeproteinen ist die Filtermembran also besonders effektiv. Die Membran wurde von den Wissenschaftlern zwar primär als Filter für Kläranlagen und in der Trinkwasseraufbereitung konzipiert, aber ein Einsatz in Luftfiltereinheiten oder gar Masken sei auch denkbar. „Wir sind uns bewusst, dass das neue Coronavirus überwiegend über Tröpfchen und Aerosole übertragen wird. Doch selbst dabei muss es stets von Wasser umgeben sein. Dass wir es sehr effizient auch aus dem Wasser entfernen können, unterstreicht die breite Anwendbarkeit unserer Membran eindrücklich„, so Seniorautor Raffaele Mezzenga von der ETH Zürich.

Günstig in der Herstellung

Die Membran ist außerdem einfach und kostengünstig in der Herstellung. Durch den Einsatz von biokompatiblen Materialien weist sie eine hervorragende Umweltbilanz auf. Sie lässt sich außerdem unter minimalen Energieaufwand produzieren und benötigt keinen Strom in der Anwendung.

Gerade in wärmeren Ländern könnte der Filter zum Einsatz kommen, um gefährliche Virusinfektionen zu unterbinden. In den Entwicklungs- und Schwellenländern sterben Jahr für Jahr etwa 500.000 Menschen an Infektionen mit Enteroviren. Die Opfer sind oft Kleinkinder. Enteroviren sind sehr zäh und säurebeständig, sie können im Wasser sehr lange überleben. Die Filter könnten aber auch im Rahmen der Corona-Epidemie Infektionen verhindern.

via ETH Zürich