Neue Mikroalgen-Toxine

Neue Mikroalgen-Toxine: Mikroalgen sind mikroskopisch kleine Algen, die als einzelne Zellen oder kurze Zellketten frei im Wasser schweben. Als Teil des Planktons spielen sie eine wichtige Rolle im Ökosystem der Meere und bilden die Ernährungsbasis einer Vielzahl an Lebewesen. Derzeit sind mehr als 5000 marine Mikroalgen bekannt. Neben den positiven Aspekten können einige Mikroalgen aber auch toxische Algenblüten bilden. Bezüglich Toxinbildung unterscheidet man jene Arten, deren Toxine sich in der Nahrungskette anreichern und toxisch für Menschen sind und jenen, die auf Fische toxisch wirken. Die letztere Gruppe kann innerhalb von wenigen Tagen ganze Fischpopulationen ausrotten. Vor allem in Zeiten zunehmender Bedeutung der Aquakultur, um den steigenden Bedarf an Fisch für die Menschen weltweit zu decken, könnten diese fischtoxischen Verbindungen wirtschaftlich noch relevanter werden. Innerhalb des Projektes Neue Mikroalgen-Toxine wollen wir uns mit dieser noch relativ wenig erforschten Gruppe der potentiell fischtoxischen Verbindungen beschäftigen, die von Mikroalgen produziert werden. Das Projekt wird an der Technischen Universität von Dänemark (DTU) im Department für Systembiologie in Kooperation mit der Universität Kopenhagen am Standort Helsingor, sowie dem Analytikzentrum des Departments für Agrarbiotechnologie der Universität für Bodenkultur Wien (BOKU) durchgeführt. Vorrangiges Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es chemische Substanzen, die das Potential haben fischtoxisch zu sein, zu detektieren, zu isolieren und zu charakterisien. Zu diesem Zweck werden Mikroalgen unter kontrollierten Temperatur- und Lichtbedingungen kultiviert und danach die gebildeten Stoffwechselprodukte charakterisiert. Die Bestimmung erfolgt mit einer spezifischen analytisch-chemischen Messmethode, der Hochleistungs- flüssigkeitschromatografie zur Auftrennungder Substanzenin Verbindung mit hochauflösender Massenspektrometrie zur Detektion dieser Substanzen. Um neue Metaboliten von bereits bekannten Substanzen zu unterscheiden, können wir auf große Datenbanken zurückgreifen und zusätzlich werden mittels eines statistischen Verfahrens Stoffwechselprodukte nicht-fisch-toxischer Algen mit jenen fisch-toxischer Algen verglichen. Nach erfolgreicher Identifizierung wollen wir die Substanzen isolieren und aufreinigen. Die Substanzen werden anschließend als Standards für die Entwicklung und Anwendung einer quantitativen Methode zur Bestimmung dieser Substanzen in Algenkulturen, Wasser und Fischen zur Verfügung stehen. Anderseits wollen wir die Substanzen verwenden um die Toxizität gegenüber Fischen testen zu können. Die Relevanz dieser Verbindungen in Österreich wird schließlich in einer Pilotstudie an heimischen und importierten Fischen sowie an Oberflächenwasser untersucht. Während die eingesetzten analytischen Methoden in anderen Bereichen bereits etabliert sind, sind sie auf dem Gebiet der fischtoxischen Mikroalgen-Toxine Neuland. Zusammenfassend wollen wir im Rahmen dieses Projekts mögliche Gefahren für Fischkulturen, die von Mikroalgen ausgelöst werden, aufdecken.

Mikroalgen sind mikroskopisch kleine Algen, die als einzelne Zellen oder kurze Zellketten frei im Wasser schweben. Als Teil des Planktons spielen sie eine wichtige Rolle im Ökosystem der Meere und bilden die Ernährungsbasis einer Vielzahl an Lebewesen. Derzeit sind mehr als 5000 marine Mikroalgen bekannt. Neben den positiven Aspekten können einige Mikroalgen aber auch toxische Algenblüten bilden. Bezüglich Toxinbildung unterscheidet man jene Arten, deren Toxine sich in der Nahrungskette anreichern und toxisch für Menschen sind und jenen, die auf Fische toxisch wirken. Die letztere Gruppe kann innerhalb von wenigen Tagen ganze Fischpopulationen ausrotten. Vor allem in Zeiten zunehmender Bedeutung der Aquakultur könnten diese fischtoxischen Verbindungen wirtschaftlich noch relevanter werden. Innerhalb des Projektes "Neue Mikroalgen-Toxine" haben wir uns mit dieser noch relativ wenig erforschten Gruppe der potenziell fischtoxischen Verbindungen beschäftigt. Insbesondere erforschten wir die beiden Mikroalgen Prymnesium parvum und Karlodinium armiger. Das Projekt wurde an der Technischen Universität von Dänemark (DTU) im Department für Biotechnologie und Biomedizin in Kooperation mit der Universität Kopenhagen am Standort Helsingør durchgeführt. Die Rückkehrphase fand am Institut für Lebensmittelchemie und Toxikologie der Fakultät für Chemie an der Universität Wien (UNIVIE) statt. Vorrangiges Ziel dieses Forschungsvorhabens war es chemische Substanzen, die das Potential haben fischtoxisch zu sein, zu detektieren, zu isolieren und zu charakterisieren. Zu diesem Zweck wurden die entsprechenden Mikroalgen unter kontrollierten Temperatur- und Lichtbedingungen kultiviert und danach die gebildeten Stoffwechselprodukte charakterisiert. Die Bestimmung erfolgt mit einer spezifischen analytisch-chemischen Messmethode, der Hochleistungsflüssigkeitschromatografie zur Auftrennung der Substanzen in Verbindung mit hochauflösender Massenspektrometrie zur Detektion dieser Substanzen. Wir konnten zeigen, dass die Vielfalt, der von P. parvum produzierten, potenziell fisch-toxischen Metabolite (Prymnesine genannt) deutlich größer ist als ursprünglich angenommen. Mittlerweile kennen wir über 50 Verbindungen, die der Gruppe der Prymnesine zuzuordnen sind. Alle bisher untersuchten P. parvum Isolate sind in der Lage Prymnesine zu produzieren und produzieren entweder A-, B- oder C-typ Prymnesine. Wir konnten auch zeigen, dass es einen Zusammenhang zwischen den produzierten Typen und dem genetischen Hintergrund gibt. Außerdem ist es uns gelungen eine semi-quantitative Methode zur Bestimmung der Prymnesine in Wasserproben und in der Biomasse zu entwickeln und diese Methode wird nun eingesetzt um mehr über die Bedingungen, bei denen Prymnesine produziert werden, herauszufinden. Während der Rückkehrphase konnte gezeigt werden, dass Prymnesine auch auf bestimmte humane Zellen eine toxische Wirkung haben und daher ist vom Schwimmen während einer Algenblüte abzuraten.