Abiotischer Stress in Extremophilen - Strategien und Nutzen

Extremophile sind Organismen die unter extremen physikalischen oder geochemischen Bedingungen existieren, welche normalerweise kein Überleben ermöglichen. In den Alpen findet man solche Lebensräume auf felsigen, hoch gelegenen Flächen, wo durch erhöhte UV-VIS Strahlung, extreme Temperaturschwankungen und eingeschränkte Wasser und Nährstoffversorgung lebensfeindliche Bedingungen herrschen. Trotzdem sind dort einige wenige, hoch spezialisierte Lebewesen wie Grünalgen und Blaualgen zu finden. Trotz dieser ökologisch sehr interessanten Aspekte ist über entsprechende Organismen noch wenig bekannt. Die meisten wurden taxonomisch identifiziert, aber Informationen zu ihren Inhaltsstoffen, ihrer Bioaktivität oder den Schutzmechanismen gegen äußere Umwelteinflüsse fehlen. Im Zuge dieses Projekts werden daher nun erstmals die durch erhöhte UVA und UVB Strahlung ausgelösten Veränderungen in hoch-alpinen Grünalgen und Blaualgen untersucht. Dabei sollen nicht nur die entsprechenden Substanzen identifiziert, sondern auch deren Bioaktivität untersucht werden (entzündungshemmend, hautschützend). Zu Beginn werden die aktivsten zwei Vertreter aus einer Auswahl von elf verschiedenen, mit UV-Licht bestrahlten Grünalgen und Blaualgen ausgewählt. Diese werden dann in größerem Umfang kultiviert, damit geeignete analytische Trennverfahren entwickelt und die pharmakologisch relevanten Inhaltsstoffe mittels chromatographischer und spektroskopischer Verfahren identifiziert werden können. Durch isolierte Reinsubstanzen ist es dann möglich weiterführende Untersuchungen, wie etwa unter welche Bedingungen diese Schutzstoffe gebildet werden (Sonnensimulator) oder wie ihre Wirksamkeit zu erklären ist (pharmakologische Studien), durchzuführen. Unsere Studie verbindet auf einzigartige Weise relevante ökologische Fragestellungen mit phytochemischen, analytischen und pharmakologischen Aspekten. Durch die Bestimmung der Inhaltsstoffe in bisher noch kaum untersuchten Arten können mögliche Verwandtschaften chemosystematisch belegt, verschiedene Schutzmechanismen gegen hohe UV-Belastung erforscht, sowie neue Naturstoffe mit interessanten pharmakologischen Eigenschaften gefunden werden. Damit wird eine erste Grundlage für weitere Untersuchungen dieser bislang nahezu unerforschten Gruppe extremophiler Organismen geschaffen.

Extremophile sind Organismen die unter lebensfeindlichen Bedingungen wie etwa sehr hohen Temperaturen oder extremer UV-Belastung überleben können. Das nun abgeschlossene Forschungsprojekt beschäftigte sich in erster Linie mit extremophilen (Hochgebirgs)algen und ihren Strategien des UV-Schutzes. Es war fächerübergreifend aufgebaut, denn die erfolgreiche Bearbeitung der gewählten Thematik beinhaltete sowohl biologische, pharmazeutische, chemische als auch medizinische Fragestellungen. So wurden zu Beginn der Untersuchungen über 20 geeignete Algenarten ausgewählt, in Reinkultur kultiviert, und einem ersten antioxidativen Aktivitätsscreening unterworfen. Die aktivsten Vertreter wurden in genau kontrollierten Bestrahlungsversuchen weiter untersucht, um herauszufinden welche Inhaltsstoffe durch die erhöhte UV-Belastung vermehrt gebildet werden. Dabei zeigte sich, dass nicht nur die Synthese einzelner Pigmente angeregt wird sondern auch die aromatischer Aminosäuren, Nukleinbasen und Nukleoside. Letzteres wurde erstmals in Algen beschrieben und ist somit von großem ökologischem Interesse.Ein weiterer Schwerpunkt der Untersuchungen waren Mycosporine-like Amino Acids (MAAs), einer in Algen weit verbreiteten Stoffgruppe mit UV-Schutzfunktion. Es gelang nicht nur zwei gänzlich neue Vertreter (Prasiolin aus Prasiola calophylla und Catenellin aus Catenella repens) zu isolieren, sondern auch die Aufreinigung und Analyse der MAAs maßgeblich zu verbessern. Letztere ist mit den gängigen Verfahren nur bedingt möglich, sodass die erstmalige Anwendung der Hydrophilic Interaction Chromatography (HILIC) und der Kapillarelektrophorese äußerst interessante Optionen darstellen. Im Zuge von pharmakologischen Untersuchungen konnte erstmals eine Inhibierung der Collagenase durch ausgewählte MAAs gezeigt werden. Dieses Enzym ist maßgeblich an der Hautalterung beteiligt, sodass die untersuchten Naturstoffe eventuell auch für eine Verwendung in kosmetischen Produkten in Frage kommen.Die thematisch breite Herangehensweise an eine sehr komplexe Fragestellung erforderte, neben Kreativität und Ausdauer, die Etablierung und Anwendung der unterschiedlichsten Verfahren und Techniken. Aber gerade dadurch gelang es eine Vielzahl neuer Erkenntnisse in einem bislang noch relativ wenig bearbeiteten Forschungsgebiet zu gewinnen, wie auch die vier, aus dem Projekt bislang hervorgegangenen Publikationen belegen.