Chemiker aus Gent und Jena isolierten erstmalig den Sexualbotenstoff Diprolin aus Kieselalgen. Bei der sexuellen Vermehrung steuert der Lockstoff offenbar die Aktivierung der Sexualaktivität und könnte so, wie die Forscher im Fachmagazin „Angewandte Chemie“ berichten, eventuell bei der industriellen Algenzucht oder zur Bekämpfung von Algenfilmen eingesetzt werden.
Kieselalgen (Diatomeen) vermehren sich meistens durch asexuelle Zellteilung. Ab und an wird jedoch durch kurze Episoden sexueller Reproduktion unterbrochen. Grund für den Wechsel zwischen beiden Fortpflanzungsarten ist die Struktur der Algen: Sie haben ein harte mineralische Schale, die wie bei einer Schachtel mit Deckel aus zwei überlappenden Hälften gebildet wird. Während der asexuellen Zellteilung erhalten die neuen Zellen jeweils eine Hälfte der Schachtel und bilden den fehlenden Deckel 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 Diatomeen sich sexuell vermehren, sonst sterben sie. „Sex oder Tod“, bringt es Georg Pohnert von der Universität Jena auf den Punkt.
Bislang gab es nur indirekte Hinweise dafür, dass bei bestimmten Kieselalgen-Arten Pheromone als Regulatoren bei der Paarung beteiligt sind. Auch die chemische Struktur dieser Signalmoleküle war nicht bekannt. Das Team der Universitäten Gent und Jena hat nun die Rolle solcher Botenstoffe bei der Alge „Seminavis robusta“ erforscht.
Lockstoffe machen attraktiv
Wenn die kritische Zellgröße bei S. robusta erreicht ist, differenzieren die Algen in zwei sexuelle Typen, die als Plus und Minus bezeichnet werden. Anschließend sammeln sich Zellen des beweglichen Plus-Typus um eine anlockende Minuszelle. Das Team um Georg Pohnert, Marnik Vuylsteke und Wim Vyverman konnte belegen, dass beide Paarungstypen tatsächlich chemische Signale senden, die das Paarungsverhalten des jeweiligen Partners aktivieren. Dazu extrahierten die Forscher das Kulturmedium der sexuell aktiven Algen und nutzten das Extraktionsmaterial als Pheromonquelle.
Es zeigte sich, dass die Algen eigentlich träge sind. Erst wenn chemische Botenstoffe anwesend sind, beginnt die sexuelle Bereitschaft beider Zelltypen überhaupt. So setzen Minuszellen Stoffe frei, die die Beweglichkeit der Pluszellen stark erhöhen. Und Pluszellen senden ihrerseits Signale, die die Minuszellen paarungsbereit machen und dazu anregen, das eigentliche Lockpheromon abzusondern. Beide Paarungstypen versichern sich also über Botenstoffe der Anwesenheit eines reifen Sexpartners, bevor sie selbst in die sexuelle Antwortreaktion investieren. „Dies erhöht die Chancen einer erfolgreichen sexuellen Vermehrung“, erklärt Pohnert.
Zudem isolierten die Forscher den Lockstoff der Minuszellen und identifizierten ihn als „Diprolin“. Diprolin ist bisher noch nicht als Pheromon beschrieben, wurde aber in höheren Pflanzen und Pilzen bereits nachgewiesen, wo ihm antibakterielle Aktivität zugeschrieben wird. „Es bleibt nun zu erforschen“, sagt der Jenaer Chemiker, „in wieweit diese Lockchemie dazu genutzt werden kann, das Wachstum von Algen in Aquakulturen zu unterstützen oder auch lästige Biofilme der Algen zu kontrollieren.“ (doi: 10.1002/ange.201208175)
(Friedrich-Schiller-Universität Jena, 21.12.2012 – KBE)
