Arsen-Hyperakkumulierung in Pilzen

Pilze stellen unverzichtbare Bestandteile unserer Umwelt dar spielen eine wesentliche Rolle bei der Verteilung und Umwandlung von verschiedenen chemischen Elementen in der Natur. Beispielsweise konnten einige Studien verschiedene Pilzarten identifizieren, die speziell Arsen in ungewöhnlich hohen Mengen anreichern. Überraschenderweise ist bis jetzt kaum etwas über dieses Phänomen bekannt. Auch die biologische Bedeutung davon ist noch unklar. In unserem Projekt werden wir eine große Anzahl verschiedener Pilze in Tschechien und Österreich sammeln und ihren Arsengehalt untersuchen, um so die Liste der Arsen- anreichernden Spezies zu ergänzen. Des Weiteren werden wir die Arsenkonzentrationen in Pilzen von Arsen-kontaminierten Gegenden mit Pilzen von nicht-kontaminierten Orten vergleichen. Ein wesentlicher Teil des Projektes wird sich mit der Aufklärung der verschiedenen Arsenverbindungen in den Pilzproben beschäftigen. Durch die Ergebnisse gewinnen wir Informationen über die Biotransformation des Elements in der Natur, speziell in Pilzen. Auch mögliche Verknüpfungen von Arsen zu anderen Elementen, wie zum Beispiel Zink, können darüber Auskunft geben und sollen deshalb innerhalb des Projektes aufgeklärt werden. Neben den gesammelten Pilzen werden wir auch Pilze aus in vitro Versuchen analysieren. Zur Bestimmung der Arsenkonzentrationen werden wir mit Induktiv gekoppeltem Plasma Massenspektrometrie sowie mit Neutronenaktivierungsanalyse arbeiten. Die unterschiedlichen Verbindungenund Proteine werden wir mit Methoden wie Hochleistungsflüssigkeits- chromatographie oder Elektrophorese auftrennen, und dann gegebenenfalls mit hochauflösender Massenspektrometrie aufklären. In den verschiedenen Experimenten werden außerdem weitere biochemische Verfahren, Extraktions- und auch Aufschlussmethoden zum Einsatz kommen. Dieses außergewöhnliche und einzigartige Projekt zeichnet sich besonders durch die enge Zusammenarbeit von analytischen Chemikern, Biochemikern, Biogeochemikern und Pilzkundlern aus, wodurch bestmöglich an die Fragestellungen herangegangen werden kann. Der interdisziplinäre Zugang wird es uns ermöglichen, wertvolle sowie komplexe Ergebnisse zu erhalten. Dadurch werden wir in der Lage sein, das Phänomen der Arsenanreicherung bei Pilzen besser zu verstehen. Wir werden grundlegende neue Erkenntnisse über Arsen, seine Verteilung und seine Umwandlung in der Natur gewinnen.

Arsen- Hyperakkumulierung in Pilzen Pilze stellen unverzichtbare Bestandteile unserer Umwelt dar und spielen eine wesentliche Rolle bei der Verteilung und Umwandlung von chemischen Elementen in der Natur. Zum Beispiel bilden viele Pflanzen mit Pilzen eine Mykorrhiza (Lebensgemeinschaft), von der beide Partner profitieren. Die Pflanze erhält über den Pilz zusätzliche mineralische Nährstoffe, während die Pilze von der Pflanze Zucker als Energiequelle erhalten. Es hat sich gezeigt, dass unterschiedliche Pilzarten verschiedene Elemente anreichern können. Einige Pilzarten haben sich auf das Halbmetall Arsen spezialisiert, und reichern dieses Element in ungewöhnlich hohen Mengen an. Verschiedene Aspekte dieses Phänomens wurden in diesem internationalen und interdisziplinären Projekt von analytischen Chemikern, Mykologen (Pilzkundlern) und Biochemikern aus Österreich und der Tschechischen Republik genauer erforscht. Einige neue Pilzarten konnten als sogenannte Arsen - (Hyper-)akkumulierer identifiziert werden. Dazu zählen unter anderem Hirschtrüffel (Elaphomyces spp.), welche gerne von Wildschweinen gesucht und verspeist werden, oder auch der Speisepilz Cyanoboletus pulverulentus (auch bekannt als Schwarzblauender Röhrling). In letzterem wurden bis zu über 1000 mg As/kg (bezogen auf den trockenen Pilz) gefunden. Nicht nur die enorm hohen Arsenkonzentrationen sind ungewöhnlich, sondern die chemischen Verbindungen des Arsen in diesen Pilzen (die "Arsenspeziation" des Pilzes) sind dabei ungewöhnlich spannend. Während im Tier- und Pflanzenreich meist nur einige wenige Arsenverbindungen zu finden sind, konnten bis zu 20 verschiedene wasserlösliche Arsenverbindungen in den untersuchten Pilzproben entdeckt werden. Die Pilzart ist ausschlaggebend dafür, welche Arsenverbindungen dominierend sind. So gibt es einige Pilze, die ausschließlich anorganisches (giftiges) Arsen enthalten, und andere, die hauptsächlich harmloses Arsenobetain enthalten, das sonst nur in marinen Organismen gefunden wird. Wieder andere Pilze enthalten Dimethylarsinsäure oder Methylarsonsäure, welche auch in Tieren und Pflanzen vorkommen. Und schließlich gibt es einige Pilzarten, in denen eine bunte Mischung aus vielen Arsenverbindungen vorhanden ist. Im Projekt konnte gezeigt werden, dass sie Arsenspeziation üblicherweise in allen Fruchtkörpern einer Pilzart gleich ist, und kaum von anderen Faktoren wie dem Boden beeinflusst wird. Im Zuge des Projektes wurde auch eine neue natürlich vorkommende Arsenverbindung in Korallenpilzen (Homoarsenocholin) identifiziert. Mit modernsten Methoden wurden neben Arsen weitere 35 Mengen- und Spurenelementen in mehr als 1000 Pilzproben bestimmt. Das führte beispielsweise zur Entdeckung, dass Cystoderma carcharias (Starkriechender Körnchenschrimling) und Telephora penicillata (Stacheliger Warzenpilz) sehr hohe Konzentrationen an Cadmium und anderen Schwermetallen von verseuchten Böden aufnehmen können. Aus den Ergebnissen lässt sich ableiten, dass das Elementprofil und die Arsenspeziation eine zusätzliche Möglichkeit sind, um Pilze zu identifizieren. Zudem wurde das Wissen um die Arsenspeziationen in Pilzen wesentlich erweitert, was eine wertvolle Hilfe zum besseren Verständnis des Arsenstoffwechsel in Pilzen und die Rolle dieses Elementes in der Lebensgemeinschaft mit Pflanzen darstellt. Die gute Nachricht zuletzt, in Österreich häufig konsumierte Speisepilze (Eierschwammerl, Steinpilz und Parasol) sind keine Arsenakkumulierer.