30.03.2022 - Indiana University

Schmeißfliegen können zum Nachweis des Einsatzes chemischer Waffen und anderer Schadstoffe eingesetzt werden

Massenspektrometrie zur Bestimmung der Chemikalien in den Eingeweiden der Schmeißfliegen

Forscher an der School of Science der IUPUI haben herausgefunden, dass Schmeißfliegen als chemische Sensoren eingesetzt werden können, wobei der Schwerpunkt auf dem Nachweis chemischer Kampfstoffe liegt.

Trotz eines weit verbreiteten Verbots wurden chemische Waffen in jüngsten Konflikten wie dem syrischen Bürgerkrieg eingesetzt, und einige Experten befürchten, dass sie auch im Krieg in der Ukraine zum Einsatz kommen könnten. Eine Studie der IUPUI zeigt, dass Schmeißfliegen als sicherere Alternative für die Untersuchung des Einsatzes dieser Waffen - wie auch anderer Chemikalien in der Umwelt - eingesetzt werden könnten, um Menschen aus potenziell gefährlichen Situationen herauszuhalten.

Die Arbeit erscheint in der Zeitschrift Environmental Science and Technology. Die Forschung wurde durch einen Vertrag mit der U.S. Defense Advanced Research Projects Agency finanziert.

"Schmeißfliegen sind allgegenwärtig, und sie sind sehr geschickt darin, die Umwelt um uns herum zu untersuchen", sagte Christine Picard, außerordentliche Professorin für Biologie und Leiterin des Programms für forensische und investigative Wissenschaften an der School of Science der IUPUI. "Sie fliegen durch die Umwelt, schmecken sie ab und speichern diese Informationen in ihren Eingeweiden. Durch eine Reihe von Experimenten konnten wir herausfinden, wie sich verschiedene Umweltfaktoren auf ihre Erkennung von chemischen Waffensimulanzien auswirken würden.

Das Studententeam, das die Experimente mit einem chemischen Waffensimulator durchführte, wurde von Nick Manicke geleitet, einem außerordentlichen Professor für Chemie und chemische Biologie sowie für forensische und investigative Wissenschaften an der IUPUI. Ein Chemiewaffen-Simulanzstoff weist Merkmale tatsächlicher chemischer Kampfstoffe auf - ist aber nicht giftig für Menschen - ebenso wie Pestizide, die in Bezug auf das Verhalten ihrer Moleküle chemischen Kampfstoffen chemisch ähnlich sind.

"Wir haben ein Massenspektrometer verwendet, um festzustellen, welche Chemikalien sich in den Eingeweiden der Schmeißfliegen befinden", so Manicke. "Wir konnten die chemischen Kampfstoff-Simulanzien nachweisen und auch einige der Dinge, in die chemische Kampfstoffe zerlegt werden, sobald sie in der Umwelt sind. Wenn eine Fliege auf eine Wasserquelle stößt, in deren Wasser ein chemischer Kampfstoff hydrolysiert wurde, würden wir diesen in der Fliege finden.

Obwohl chemische Kampfstoffe in der Umwelt nicht lange überdauern, fanden die Forscher heraus, dass sie in den Eingeweiden der Fliege gut genug konserviert sind, um sie chemisch zu analysieren. Sie waren auch in der Lage, die chemischen Kampfstoffsimulanzien bis zu 14 Tage nach der ersten Exposition einer Fliege nachzuweisen - was eine sicherere Alternative für die Sammlung von Proben darstellt, ohne Menschenleben zu riskieren.

"Wenn ein Gebiet zu gefährlich, zu abgelegen oder in einem Gebiet mit Zugangsbeschränkungen liegt - oder wenn man einfach nur verdeckt Proben sammeln möchte - dann muss man nur einen Köder auslegen, und die Fliegen kommen zu dem Köder", so Manicke. "Wir können große Gebiete absuchen, indem wir die Fliegen in eine Falle locken und analysieren, was sich in ihren Eingeweiden befindet."

Diese Forschung ist auch für Umweltwissenschaftler von Bedeutung, die verstehen wollen, wie sich Schadstoffe wie Pestizide in der Umwelt bewegen.

"Dank der Zusammenarbeit zwischen Dr. Manicke und Dr. Picard waren wir in der Lage, an einem Projekt zu arbeiten, das das Potenzial hat, direkte Auswirkungen zu haben", sagte Sarah Dowling, eine Doktorandin, die die Studie mitverfasst hat. "Es ist befriedigend zu wissen, dass die Arbeit, die wir in diesem Projekt geleistet haben, die Sicherheit von Soldaten und anderen Personen, die mit Chemikalien in der Umwelt zu tun haben, verbessern könnte.

Als Nächstes planen die Forscher, ihre Erkenntnisse aus dieser Studie in einem neuen Zweijahresprojekt anzuwenden, das vom Army Research Office on Environmental Chemistry finanziert wird. Diese Arbeit wird sich auf den Nachweis von Molekülen aus "unempfindlicher Munition" konzentrieren, einer neuen Art von explosiven Verbindungen, bei denen die Wahrscheinlichkeit einer versehentlichen Detonation geringer ist. Aus diesem Grund lagern sie sich in der Regel auch stärker in der Umwelt ab.

Mit Hilfe von Schmeißfliegen aus abgelegenen oder gefährlichen Gebieten werden Manicke und Picard nach Spuren unempfindlicher Munitionsverbindungen in den Fliegen suchen, die auf eine Umweltkontamination hinweisen.

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