Sexualpheromon von Kieselalgen isoliert und charakterisiert

18.12.2012 - Deutschland

Kieselalgen (Diatomeen) vermehren sich durch asexuelle Zellteilung, unterbrochen durch kurze Episoden sexueller Reproduktion. Dabei spielen Pheromone eine wichtige Rolle, wie ein deutsch-belgisches Team nachweisen konnte.

Kieselalgen haben harte mineralische Schalen, die wie eine Hutschachtel aus zwei überlappenden Hälften gebildet wird. Während der asexuellen Zellteilung erhalten die neuen Zellen jeweils eine Hälfte der Schale und bilden den fehlenden Teil neu. Da der nachgebaute Teil in der Schale der Mutterzelle gebildet wird, nimmt die Zellgröße einer Population stetig ab. Ist eine kritische Zellgröße erreicht, müssen die Kieselalgen die sexuelle Fortpflanzung in Angriff nehmen, um zu überleben. Resultat ist dann wieder eine Zelle der ursprünglichen Größe.

Es gibt Hinweise, dass bei bestimmten Arten Pheromone als Regulatoren bei der Differenzierung und Paarung der Zellen beteiligt sind. Die chemische Struktur dieser Signalmoleküle war bisher nicht bekannt. Das Team von den Universitäten Gent (Belgien) und Jena erforschte nun die Rolle solcher Botenstoffe bei der Alge Seminavis robusta.

Wenn die artspezifische kritische Zellgröße bei S. robusta erreicht ist, differenzieren sich zwei sexuelle Zelltypen, als (+) und (−) bezeichnet. Anschließend sammeln sich Zellen des mobilen (+)-Paarungstypes um eine anlockende (−)-Zelle. Das Team um Georg Pohnert, Marnik Vuylsteke und Wim Vyverman konnte nun belegen, dass beide Paarungstypen tatsächlich chemische Signale produzieren, die das Paarungsverhalten des jeweiligen Partners aktivieren. Dazu extrahierten die Forscher das Kulturmedium der Algen in verschiedenen Zuständen und nutzten das Extraktionsmaterial als Pheromonquelle.

Es zeigte sich, dass chemische Botenstoffe bereits aktiv werden müssen, um die sexuelle Bereitschaft beider Zelltypen überhaupt einzuläuten. So setzen –Zellen Stoffe frei, die die Beweglichkeit der (+)-Zellen stark erhöhen, und (+)-Zellen setzen Stoffe frei, die (−)-Zellen in Paarungsbereitschaft bringen und dazu anregen, das eigentliche Lockpheromon abzusondern. Beide Paarungstypen verlassen sich auf Signalstoffe, um sich der Anwesenheit eines reifen Sexualpartners zu versichern, bevor sie selbst in die sexuelle Antwortreaktion investieren. Dies erhöht die Chancen einer erfolgreichen sexuellen Vermehrung.

Anhand eines Vergleichs der in verschiedenen Phasen des Vermehrungszyklus ausgeschiedenen Stoffwechselprodukte, mit einer als „Metabolomik“ bezeichneten Methode, fanden die Forscher den Lockstoff der (−)-Zellen. Sie isolierten und identifizierten ihn als Diprolin. Ausgehend von der Aminosäure Prolin synthetisierten sie den Stoff und bestimmten dessen absolute Konfiguration.

Es bleibt zu erforschen, inwieweit diese neue Lockchemie dazu genutzt werden kann, das Wachstum von Algen in Aquakultur zu unterstützen oder auch lästige Biofilme der Algen zu kontrollieren.