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UMWELT – GESUNDHEIT
Title  Die Rätsel der Blaualgen

Früher nannte man sie „Blaualgen“. Die Cyanobakterien, Einzeller, die gefährliche Giftstoffe absondern können, sind im Süßwasser – Badegewässern wie Trinkwasser – allgegenwärtig. Die Forscherinnen und Forscher des europäischen Projekts Pepcy (PEPtides in CYanobacteria) versuchten, mehr über die Schadwirkungen dieser erstaunlichen Organismen zu erfahren, indem sie die von ihnen synthetisierten Peptide untersuchten. Ihre Ergebnisse stellen einen Fortschritt in einem Bereich dar, in dem es immer noch viele Fragzeichen gibt.

Von wuchernden Cyanobakterien verseuchter Teich – Dänemark
Von wuchernden Cyanobakterien verseuchter Teich – Dänemark
© Kirsten S. Christoffersen
Sich für die Cyanobakterien zu erwärmen fällt schwer, wenn man an einem Seeufer den ekelerregenden grünlichen Schaum sieht, den sie bei ihrer Vermehrung absondern. Einen gewissen Respekt schulden wir diesen primitiven Geschöpfen dennoch. Diese Vorläufer des Lebens (es gibt sie seit über drei Millionen Jahren) haben nämlich wesentlich dazu beigetragen, die Erdathmosphäre für uns bewohnbar zu machen, indem sie enorme Mengen an Sauerstoff freisetzten. Tatsächlich waren sie es, die, lang vor den Algen, die Photosynthese „erfanden“. Indes, evolutionsgeschichtliche Dankbarkeit hin oder her, je mehr Daten zusammenkommen, desto klarer erweist sich, dass die Cyanobakterien ein echtes Gesundheitsrisiko darstellen, über das man noch nicht viel weiß. Es gilt heute als gesichert, dass manche dieser Blaualgen, wie man sie früher so nett nannte, fähig sind, Giftstoffe abzusondern, deren Bekannteste (die Microcystine) insbesondere im Nervensystem und in der Leber sehr aktiv sind. Eine Reihe von Laborversuchen und Felderhebungen hat überdies belegt, dass die Cyanobakterien für die Vergiftung der verschiedensten Wirbeltierarten – von Hunden über Vögel bis hin zu den Fischen – verantwortlich sind. Nicht zuletzt konnte auch nachgewiesen werden, dass diese Organismen eine Vielzahl von Peptiden (kleine Proteine) produzieren, deren Funktionen und Eigenschaften noch weitgehend ungeklärt sind.

Die „richtige“ Wahl der Peptide

Gloeothece

Gloeothece
© Cyanobakterien/
Institut Pasteur
„Diese Situation war Auslöser für die Schaffung des europäischen Forschungsprojekts Pepcy“, erklärt Ingrid Chorus vom deutschen Umweltbundesamt (UBA), Koordinatorin des Projekts. „Die Toxine der Cyanobakterien gehören zu den fünf Giftstofftypen (mit Arsen, Fluor, Blei und gewissen Pestiziden), die in den europäischen Gewässern am häufigsten vorkommen, und dies in Konzentrationen, die ein echtes Problem für die menschliche Gesundheit darstellen.“

Dactylococcopsis salina

Dactylococcopsis salina
© Cyanobakterien/
Institut Pasteur
Wie viele gemeinhin als primitiv eingestufte Organismen, etwa die Bakterien oder die Pilze, sind die Cyanobakterien sehr komplexe chemische Fabriken. Die Forscherinnen und Forscher von Pepcy entschieden sich, den Schwerpunkt auf die von ihnen synthetisierten Peptide zu legen. Zu dieser Wahl bewog sie die große Anzahl Moleküle, unter denen sich überdies die meisten bekannten Toxine befanden. „Wir hatten eine große Vielfalt erwartet“, fährt Ingrid Chorus fort, „aber wir waren trotzdem beeindruckt. Wir haben entdeckt, dass es mehrere hundert, sicher tausend verschiedene Moleküle gibt. Es zeigte sich beispielsweise, dass eine praktisch monospezifische Proliferation von Planktothrix agardhii mehr als 255 unterschiedliche Substanzen, überwiegend Peptide, enthielt. Alle diese Verbindungen teilen sich in acht oder neun Familien auf, und wir versuchten, mindestens ein Mitglied jeder Familie in allen Einzelheiten zu untersuchen.“

Zwar schwach, aber…
Die Ergebnisse dieser Erhebung waren so bedeutungsvoll wie überraschend. Diese unbekannten Peptide scheinen eine sehr schwache Wirkung zu haben, jedenfalls nicht zu vergleichen mit den Microcystinen oder den Nodularinen, den zwei offenkundig toxischen Familien. Einschränkend ist allerdings zu erwähnen, dass die Forscher von Pepcy keine Versuche an Tieren wie Ratten oder Mäuse durchführten. „Diese Art Versuche wirft ethische Probleme auf; seit etwa zehn Jahren versuchen wir, ohne sie auszukommen. Wir nehmen daher menschliche Zelllinien oder Gewebe, Wirbellose oder Fisch- oder Amphibieneier, um die Toxizität zu messen. Es lässt sich daher nicht mit Bestimmtheit sagen, dass die Peptide 100 % unschädlich sind, denn es kann sein, dass die benutzten Zelllinien lediglich nicht die richtigen sind. Die Microcystine, deren Toxizität für die Leber gut bekannt ist, könnten durch für andere Verbindungen bestimmte Transportmechanismen in das Zellinnere gelangen. Eine Art molekulare Verwechslung, so zu sagen. Im Labor beispielsweise auf eine Muskelzelle angewandt, wird ein solches Toxin seine tatsächliche Wirkung nicht preisgeben.“

Abgesehen von diesen Ergebnissen haben die Forscher von Pepcy eine große Anzahl molekularer Werkzeuge entwickelt, die erlauben, die Genotypen der in einer gegebenen Wasserfläche vorhandenen Cyanobakterien binnen kurzer Zeit zu identifizieren. Es ist also zu hoffen, dass man bald verstehen wird, welche Umweltfaktoren (Temperatur, Nährstoffe, Sauerstoffzufuhr...) diese oder jene Art Blaualgen – und mithin dieses oder jenes Peptid – begünstigen. Denn hinter all dem verbirgt sich ein tiefes Geheimnis: Wozu mögen diese hunderte Proteinmoleküle, die die Cyanobakterien so fleißig sekretieren, wohl nützlich sein? Wahrscheinlich nicht um Wirbeltiere zu vergiften, denn dies würde ihnen keinen erkennbaren Entwicklungsvorteil bieten. „Vielleicht dienen diese Peptide dazu, innerhalb der Kolonie Botschaften auszusenden oder mit anderen, mit den Cyanobakterien in Symbiose lebenden Organismen zu kommunizieren“, meint Ingrid Chorus. „Aber vorläufig sind diese Hypothesen nicht überprüft. Ich bedaure, dass wir die Funktion dieser Moleküle nicht kennen, denn dies würde uns sicher helfen, zu verstehen, wann sie produziert werden – und wann sie nicht vorhanden sind.“

Trinkwasser, Badegewässer
Der Abschnitt „öffentliche Gesundheit“ des Dossiers ist noch nicht abgeschlossen; denn obschon die untersuchten Peptide im Labor nur schwache Wirkungen zeigen, ändert sich das Bild, sobald man die ganzen Organismen nimmt. „Wenn wir einen rohen Cyanobakterienextrakt nehmen und nicht nur die Peptide, können wir an Amphibien- und Fischeiern Entwicklungsstörungen und andere, bislang nicht erklärbare Giftwirkungen feststellen. Vielleicht irrten wir uns, als wir uns auf die Peptide konzentrierten“, sinniert die Forscherin. „Schließlich sekretieren diese Zellen auch andere Moleküle (Alkaloide, Polysaccharide usw.). Es werden sicherlich weitere Projekte nötig sein, um all das zu erforschen.“

Mit aller Wahrscheinlichkeit werden wir also trotz der insgesamt eher beruhigenden Ergebnisse von Pepcy auch weiterhin von Cyanobakterien hören. Dies umso mehr, als es gut möglich ist, dass sie in der europäischen Trinkwasserrichtlinie auftauchen werden, wenn diese demnächst revidiert wird. In der Badegewässerrichtlinie werden sie jedenfalls bereits erwähnt.

Um dem europäischen Gesetzgeber die Aufgabe zu erleichtern, hat das Pepcy-Team es übernommen, die Berücksichtigung des Cyanobakterienproblems in den nationalen Gesetzen zu ermitteln und dieses Dokument auf seiner Website zu verbreiten. Es hat auch Empfehlungen abgegeben, die von der Notwendigkeit ausgehen, die Risiken fallweise abzuklären. Effektiv stellt sich die Gefahr je nach Verwendung einer Wasserfläche (Trinkwasser, Fischerei, Baden, Windsurfen, Wasserski usw.) und natürlich je nach Wasserqualität sehr unterschiedlich. Bleibt die Tatsache, dass wir noch einige Rätsel dieser eigenartigen Einzeller lüften müssen, bevor wir unbekümmert mit ihnen umgehen können. Und sie scheinen nicht gewillt, den Forschern die Arbeit leicht zu machen.


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  Durch menschliche Tätigkeit aufgeputschte Organismen

Warum sind die Cyanobakterien derart allgegenwärtig, zumindest im Süßwasser? Der Grund ist ein mittlerweile gut bekanntes Phänomen, die Eutrophierung der Gewässer, mit anderen Worten das Überangebot an Nährstoffen im Wassernetz. Diese Art „Übergewicht“ ...
 

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      Durch menschliche Tätigkeit aufgeputschte Organismen

    Warum sind die Cyanobakterien derart allgegenwärtig, zumindest im Süßwasser? Der Grund ist ein mittlerweile gut bekanntes Phänomen, die Eutrophierung der Gewässer, mit anderen Worten das Überangebot an Nährstoffen im Wassernetz. Diese Art „Übergewicht“ unserer Seen und Flüsse ist Folge menschlicher Tätigkeiten. Einerseits der Landwirtschaft, die Düngemittel ausbringt, die nur zum Teil von den Kulturen aufgesogen werden und in die Gewässer sickern, andererseits der Entwicklung der Haushaltabfälle, insbesonders von Phosphor, der sehr verbreitet ist.

    Die Cyanobakterien – wie alles pflanzliche Plankton, dem sie angehören – werden von diesem Manna gespeist, das sie zu spektakulärer, äußerst rascher Proliferation (der so genannten Wasserblüte) treiben kann. Sie nehmen dann massenhaft zu und verfärben das Wasser in bizarren, meist grünlichen Tönen, können bei bestimmten Arten aber auch ein kräftiges Rot annehmen. „Die Lage wird verschärft durch die wachsende Zahl an Dämmen“, sagt Ingrid Chorus. „In schnell fließenden Gewässern entwickeln sich die Cyanobakterien nicht, aber das Risiko wächst rasch, sobald die Strömung sich verlangsamt.“ Seit einigen Jahrzehnten werden die Flüsse jedoch zunehmend von Verbauungen, ob kleine Stauungen von Bächen durch Landwirte oder große Wasserflächen im Naherholungsbereich von Städten, durchsetzt und verlangsamt. Zu befürchten ist auch, dass die Klimaerwärmung der Verbreitung der Cyanobakterien weiter Vorschub leisten wird – eine Hypothese, die sich bislang allerdings im Feld nicht erhärten ließ.

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