Metalltoleranz von Seegras
Ein Mangel an genomischen Informationen verhinderte bisher ein Verständnis der molekularen Grundlage für die Metalltoleranz von Seegräsern. Die vor Kurzem durchgeführte Sequenzierung des Genoms einer Braunalge (Ectocarpus siliculosus) bot diesbezüglich eine Möglichkeit, diesem Rätsel auf den Grund zu gehen. Das Projekt "A toxico-genomic study of the model brown alga Ectocarpus siliculosus" (ECTOTOX) untersuchte Kupfertoxizitätsmechanismen der Braunalge. Im Rahmen des Projekts wurde insbesondere die Expression von Genen untersucht, die bei der Glutathionsynthese und Phytochelatinsynthese beteiligt sind. Phytochelatine sind intrazellulare Liganden in Pflanzen, über deren Funktion am meisten bekannt ist. Diese spielen eine zentrale Rolle bei der Minimierung schädlicher Auswirkungen durch Metalle. Diese kleinen schwefelreichen Peptide entstehen im Zuge der durch zwei verschiedene Enzyme bewirkten Glutathionsynthese, wobei die Enzyme als Antioxidantien innerhalb der Zelle wirken. Um Metallbelastungen entgegenzuwirken, könnte es von entscheidender Bedeutung sein, ein Gleichgewicht zwischen Glutathionabbau und -synthese zu schaffen, damit oxidative Schäden verringert werden und Phytochelatin produziert wird. Die toxische Wirkung von Metallen wird des Weiteren mit dem reaktiven Sauerstoffmetabolismus in Verbindung gebracht. Die Toleranz gegenüber Metallbelastungen hängt daher von Systemen ab, die auf antioxidante Enzyme zurückgreifen, um oxidative Schäden zu verhindern (oder zumindest zu verringern). Über eine Messung des Wachstums und der Fotosynthese von Ectocarpus siliculosus-Stämmen konnten die Projektpartner das Toleranzniveau gegenüber Kupfer ermitteln. Die Algenproben wurden an Standorten mit unterschiedlichen Verschmutzungsentwicklungen entnommen und waren einer Vielzahl von Metallkonzentrationen ausgesetzt. Die Kupfertoxizität wurden ebenfalls in den Sporen der Braunalge untersucht und es zeigte sich, dass die Alge in dieser Entwicklungsstufe eine höhere Kupfersensitivität aufweist, als die ausgewachsene Pflanze und dass dies wiederum zu einer verminderten Bildung von Reproduktionsorganen führt . Die Ergebnisse verdeutlichten die Bedeutung von Phytochelatinen als intrazellulare Chelatoren von Metallen in Braunalgen im Zusammenhang mit einem niedrigen Kupferniveau. Die Ergebnisse stützen die Verwendung von Phytochelatinen sowie verwandter Gene (vor allem bei der Phytochelatinsynthase) als Biomarker bei Kupferbelastungen. Die Arbeit im Rahmen des "ECOTOX"-Projekts lieferte neue Erkenntnisse zur Ausbildung von Metalltoleranzmechanismen und metallinduzierter Verteidigungsmechanismen in einem für das Ökosystem wertvollen Meeresorganismus. Ferner wird Umweltschutzorganisationen die Entwicklung genauerer Überwachungstools zur Zustandsüberprüfung von Küstengewässern ermöglicht.
