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Simulation von natürlichem Licht für die molekulare Ökologie

Prochlorococcus ist einer der wichtigsten Vertreter der Prokaryoten. Dabei handelt es sich um in marinen Ökosystemen lebende Organismen, deren genetisches Material sich nicht im Zellkern befindet. Prochlorococcus-Kulturen sind schwierig anzulegen, da kaum Sonnenlicht in die dunklen Lebensräume in der Tiefsee fällt, in denen Prochlorococcus anzutreffen ist. Deshalb wurde ein Beleuchtungssystem entwickelt, das automatisch zwischen hellen und dunklen Lichtverhältnissen umschaltet und so die nötigen Bedingungen für ein Prochlorococcus-Wachstum simuliert.
Simulation von natürlichem Licht für die molekulare Ökologie
In den letzten Jahren haben Biologen neue Möglichkeiten zur Lösung drängender ökologischer Probleme mit Mitteln der Meeresbiologie (also der Anwendung der Molekularbiologie in der Ozeanographie) entdeckt. Die dabei erzielten Fortschritte gestatten die direkte Untersuchung von Proben mit molekularen Sonden im Feld zur Erforschung der genetischen Vielfalt bei Meereslebewesen oder zur Beurteilung ihres Ernährungszustands.

Prochlorococcus, ein erst kürzlich entdeckter Meeres-Mikroorganismus, wächst in Regionen wie z.B. dem Mittelmeer und dem Roten Meer. Charakteristisch für diese Seegebiete sind ein Mangel an pflanzlichen Nährstoffen und hohe Mengen von gelöstem Sauerstoff. Prochlorococcus gehört zu den kleinsten und am stärksten auf Photosynthese ausgerichteten Organismen der Welt, und man vermutet, dass er maßgeblich für die primäre Produktion photosynthetischer Biomasse in diesen Gebieten verantwortlich ist. Mit Verfahren der Durchfluss-Zytometrie lässt er sich leicht von anderen Organismen unterscheiden und zählen. Daneben lassen sich Kulturproben, die an unterschiedlichen Orten und in unterschiedlichen Tiefen gesammelt wurden, isolieren und im Labor untersuchen. Aus all diesen Gründen eignet sich Prochlorococcus ausgezeichnet als biologisches Modell für ökologische Studien.

Der Einsatz von automatischen Systemen, die natürliche Umweltbedingungen nachbilden, ist ein allgemein anerkanntes und verbreitet angewandtes Verfahren zur Untersuchung verschiedener Arten, besonders aber von einzelligen Mikroorganismen. Im Rahmen dieses Projekts wurde zur Züchtung von Prochlorococcus-Kulturen ein automatisches System zur zyklischen Veränderung von Beleuchtungsverhältnissen entwickelt. Es besteht aus zwei Sätzen von dimmbaren Neonröhren, die von einem Computer gesteuert werden und für einen langsamen und gleichmäßigen Übergang von heller Beleuchtung bis zu absoluter Dunkelheit und umgekehrt sorgen. Durch diese Beleuchtungsänderungen wird sehr wirkungsvoll die natürliche Sonneneinstrahlung nachgebildet, wobei die Spitzenwerte bei fast 1000 Micromol quanta m-2 s-1 liegen.

Bei früheren Verfahren wurde mit rechteckigen Zeitverläufen (Dunkelheit/volle Beleuchtung) gearbeitet, um die biologischen Eigenschaften (Wachstum, Zellzyklus, Photosynthese, Genexpression) von Prochlorococcus zu studieren. Im Vergleich dazu ist das neue Gerät besser geeignet und weitaus besser in der Lage, gut synchronisierte, exponentiell wachsende Prochlorococcus-Kulturen zu züchten. Dieses System lässt sich möglicherweise auch erweitern und von allen Forschungseinrichtungen oder industriellen Anwendern einsetzen, die Untersuchungen an pflanzlichen oder tierischen Organismen mit dualen Lebensrhythmen - beispielsweise an biologischen Uhren - durchführen.
Datensatznummer: 80434 / Zuletzt geändert am: 2005-09-18
Bereich: Biologie, Medizin
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