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Kieselalgen-Parasit

Biohacker manipuliert Algenstoffwechsel

| Autor/ Redakteur: Angela Overmeyer* / Christian Lüttmann

Parasiten sind nicht nur unangenehm, sondern mitunter auch lebensbedrohlich für ihren Wirt. So sorgt ein krankheitserregender Pilz regelmäßig für Massensterben von Kieselalgen. Wie er ganze Algenteppiche verschwinden lässt, haben nun Forscher des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie herausgefunden.

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Marine Vallet und Tim Baumeister untersuchen die chemischen Wechselwirkungen innerhalb von Planktongemeinschaften. Die zumeist einzelligen Lebewesen werden im Labor in speziellen Behältern kultiviert.
Marine Vallet und Tim Baumeister untersuchen die chemischen Wechselwirkungen innerhalb von Planktongemeinschaften. Die zumeist einzelligen Lebewesen werden im Labor in speziellen Behältern kultiviert.
(Bild: Angela Overmeyer, MPI-CE)

Jena, Frankfurt – Während an Land Zecken und Moskitos für die Verbreitung von Krankheitserregern bekannt sind, sind im Meer Eipilze, so genannte Oomycenten, als Krankheitsverursacher gefürchtet. So werden oft Fische und Algen von ihnen befallen, doch die Beziehung zwischen diesen Kleinstlebewesen und Meeresalgen ist immer noch wenig erforscht. Bislang ist kaum etwas darüber bekannt, warum manche Arten sich erst stark vermehren und dann schlagartig wieder verschwinden.

Eine Hypothese ist, dass Mikroorganismen im Meer chemische Signalstoffe produzieren, die an der Verteidigung, Paarung und Kommunikation zwischen Lebewesen beteiligt sind. Um solche Substanzen zu identifizieren, haben Wissenschaftler des Max Planck Instituts für chemische Ökologie und der Universitäten in Jena und Frankfurt im Labor ein System etabliert, bei dem der Eipilz „Lagenisma coscinodisci“ unter kontrollierten Bedingungen eine marine Kieselalge infiziert.

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Der Biohacker Eipilz

Die Forscher stellten fest, dass während des Infektionsprozesses zwei neue Substanzen, so genannte Carboline, aus der Klasse der Alkaloide neu gebildet werden. Zu dieser Stoffklasse gehören auch Nikotin und Koffein. Insbesondere eine der beiden Substanzen reichert sich nach Befall mit dem Eipilz stark an. „Die Anwesenheit dieser Carboline hat uns überrascht. Ihre Bildung war bei Kieselalgen völlig unbekannt, sie wurden aber während des Befalls mit dem Eipilz von allen Algenzellen gebildet”, sagt Marine Vallet, eine der beiden Hauptautorinnen der Studie. Interessanterweise profitierte nur der Eipilz von diesen beiden Substanzen. Der Alge schadeten sie und töteten sie letztlich sogar ab.

Weil solche Schaderreger ihren Wirt oft schon nach wenigen Stunden töten, ist es schwierig, derartige Systeme zu untersuchen. „Eipilze sind dafür bekannt, dass sie verschiedene Formen annehmen können: Oft sind sie nur als winzige Sporen in ihrem Wirt zu finden. Manchmal fügen sie gar keinen Schaden zu und schlafen quasi in ihrem Wirt. Andererseits können sie aber auch ein Massensterben der Zellen auslösen. Diese Prozesse führen zu einer starken Schwankung von dominanten Arten im Ozean“, beschreibt Tim Baumeister, weiterer Hauptautor.

Winzige Konzentrationen nachweisen

Um die aktiven chemischen Verbindungen zu identifizieren, die eine einzelne Algenzelle produziert, setzten die Forscher auf moderne Analytik. Mithilfe von hochauflösenden spektrometrischen Methoden zur Trennung und Bestimmung von Substanzen aus komplexen Mischungen, kombiniert mit mikroskopischen Techniken, hatten sie schließlich Erfolg und spürten die beteiligten Stoffe auf.

„Dabei muss man sich vor Augen führen, dass eine einzelne Zelle 30 Mal kleiner als ein Stecknadelkopf ist und verglichen mit der Menge an Meerwasser nur ganz geringe Konzentrationen aller Stoffe vorliegen. Die Chemie in einer einzelnen Zelle aufzuklären, ist eine große technische Errungenschaft“, sagt Georg Pohnert, Leiter der Max-Planck-Fellow-Gruppe Interaktion in Plankton-Gemeinschaften und Professor für Instrumentelle Analytik an der Universität Jena.

Schutzmechanismen sollen identifiziert werden

In weiteren Studien möchten die Wissenschaftler herausfinden, wie sich die Kieselalgen gegenüber einem Angriff dieser Erreger wehren können. Denn man weiß bereits, dass nicht alle Kieselalgenarten gleichermaßen anfällig sind. Aber im Hinblick auf Kieselalgen und ihre vielfältigen Wechselwirkungen mit ihrer Umwelt gibt es viele weitere ungeklärte Fragen und Signalstoffe, die noch identifiziert werden müssen. „Das Meer ist ein Schatz, den man schützen muss. Es gibt noch viele fantastische Entdeckungen, die uns dort erwarten“, schließt Studienautorin Vallet.

Originalpublikation: Vallet, M., Baumeister, T. U. H., Kaftan, F., Grabe, V., Buaya, A., Thines, M., Svatoš, A., Pohnert, G.: The oomycete Lagenisma coscinodisci hijacks host alkaloid synthesis during infection of a marine diatom, Nature Communications volume 10, Article number: 4938 (2019); DOI: 10.1038/s41467-019-12908-w

* A. Overmeyer, Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, 07745 Jena

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