Pteringlykoside in Cyanobakterien UV-Schutzfunktion Dr. Josef Maier, Prof. Dr. Helga Ninnemann

Forschungsschwerpunkt

Pteringlykoside als UV-Schutzpigmente in Cyanobakterien.

UV-Licht wird von verschiedenen lebenswichtigen Molekülen (DNA, Proteine) absorbiert wodurch schwere Schäden auftreten. Die UV-Strahlung nimmt weiterhin stetig zu (7 % pro Jahr) und wird die nächsten 20 Jahre aufgrund der Vergrößerung des Ozonlochs weiter ansteigen. Einige marine Cyanobakterien reagieren auf erhöhte UV-Strahlung mit der Synthese großer Mengen verschiedenster Pteringlykoside, deren Biosynthese und Funktion in Cyanobakterien unbekannt sind. In Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen, dem Alfred-Wegener Institut in Bremerhaven und der Abteilung Ökologie der Mikroorganismen an der Technischen Universität Berlin wird die Funktion und Biosynthese in Cyanobakterien-Matten untersucht. Die Biopteringlykoside werden auch im Hinblick auf ihre Verwendung als Medikamente gegen Alzheimer und Parkinson und als mögliche Radikalfänger untersucht.

Versuche zur UV-Induktion der Pteringlykoside ergaben zunächst eine deutliche Wirkung von UVB auf Synechocoocus leopoliensis und auf verschiedene Microcoleus -Stämme, während andere Microcoleus -Stämme sich ungerührt zeigten. Weitere Versuche mit UVA und UVC zeigten nur eine geringe Induktion. Im Rahmen eines Forschungsaufenthalts von Ulf Karsten von Mai 1995 bis Mai 1996 in Australien untersuchten wir einen Jahresgang einer mikrobiellen Matte südlich von Sydney ( Microcoleus -dominiert) in 14-tägigen Probennahmen unter gleichzeitiger Aufzeichnung möglichst vieler ökologischer Parameter. Interessanterweise erreichten die Pteringlykosid-Gehalte im September, mit dem Höhepunkt des Ozonlochs ein Maximum, fielen aber dann trotz zunehmender UV-Strahlung während des Sommers ab. Außerdem veränderte sich das Pteringlykosid-Spektrum der Matte, was auf eine Änderung der Spezieszusammensetzung hinwies. Erste Analysen an den konserviertem Material zeigten nun, dass wirklich im Winter ein Biopteringlykosid II-haltiger Microcoleus -Stamm, dagegen im Sommer ein Biopteringlykosid I-haltiger Lyngbya -Stamm dominiert. Ein Isolat dieses Microcoleus -Stammes zeigte jedoch bei UV-Induktionsversuchen im Labor keinen Anstieg der Pteringlykosidgehalte. Während einer botanischen Exkursion in Teneriffa im April 1995 gesammelte Proben aus sonnenexponierten Wasserleitungen an den Südwesthängen in verschiedensten Höhenstufen ( Lyngbya -Polster) sowie von Microcoleus -Matten an der Südküste ergaben ebenfalls hohe Gehalte an Pteringlykosiden III sowie II. Diese zeigten auch eine deutliche Abhängigkeit von der UV-Belastung. Schattige Standorte wiesen geringere Gehalte als frei bestrahlte Stellen auf sowie Cyanobakterien aus 2000 m Höhe geringere Gehalte als solche aus 300 m Höhe.

In Laborexperimenten und Feldversuchen werden die an der Biosynthese der Pteringlykoside beteiligten Enzyme und deren Regulation/UV-Induktion weiter untersucht.

Methoden in der Anwendung

• Isolierung von Pterinen mittels Kationenaustauschchromatographie, HPLC, Dünnschichtchromatographie und GC-MS. Strukturaufklärung mit mikrochemischen und spektrometrischen Methoden. Hydrolyse der Zucker mit spezifischen Glycosylasen.

• Proteinreinigung und Charakterisierung von Enzymen der Pterinbiosynthese und von Proteinen der UV-Signaltransduktionskette in Cyanobakterien

• Klonierung von Enzymen und Signaltransduktions-Proteinen mittels Reverse-Transkriptase-PCR unter Ausnutzung des Synechococcus -Genomprojekts.

• Analyse der Signaltransduktion mittels chemischer Inhibitoren und Signaltransduktionsmutanten in physiologischen Assays

• UV-Induktion von Pteringlykosiden in Schüttelkulturen und Freilandexperimenten

Zusammenarbeit :

Dr. Ulf Karsten, Wirkungen von UV-Strahlung auf marine Ökosysteme, Alfred-Wegener-Institut Bremerhaven

Dr. Ferran Garcia-Pichel, MPI für Marine Mikrobiologie, Mikrosensor-Gruppe

Dr. Werner Manz, Technische Universität Berlin, FG Oekologie der Mikroorganismen

Publikationen

Maier, J., S. Krystofová., T. Grether and H. Ninnemann (1997). Biosynthesis and functions of pteridines in plants, fungi and cyanobacteria. Pteridines 8 101-102.

Grether, T., J. Maier, U. Karsten, F. Garcia-Pichel and H. Ninnemann (1996) UV-light induction of biosynthesis of pteridine glycosides of cyanobacteria from microbial mats. 12th International Congress on Photobiology, Vienna, p. 306 (P246) and The Blue Light Syndrome III, Marburg, p. 114 (VIII/P1).

Tanja Grether. 1996. Untersuchungen über Pterine in Cyanobakterien. Zulassungsarbeit, Universität Tübingen.

Daniel Riester. 1994. Untersuchungen über unkonjugierte Pterine in Pflanzen und Pilzen. Praxissemester-Bericht, Fachhochschule Reutlingen.

Adresse Dr. Josef Maier Institut für Pflanzenbiochemie, Corrensstr. 41, D-72076 Tübingen Tel.: 07071-29-73052 Fax: 07071-640019 e-mail: josef.maier@uni-tuebingen.de(josef.maier@uni-tuebingen.de)

Eisproduktion auf der Terrasse

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