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Zwischen Rot- und Blaulicht: Forscher entdecken neue Funktionsweise molekularer Lichtschalter

20.10.2014

Kieselalgen spielen für die Wasserqualität und für das Weltklima eine wichtige Rolle. Sie erzeugen einen großen Teil des Sauerstoffs in der Erdatmosphäre und bewerkstelligen etwa ein Viertel der globalen CO2-Assimilation, wandeln also Kohlenstoffdioxid in organische Stoffe um.

Ein entschiedener Faktor dabei sind ihre Lichtrezeptoren. Forscher der Universität Leipzig und des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung haben nun herausgefunden, dass die Art des Lichts den Kohlenstofffluss in den Algen steuert. Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler kürzlich in der renommierten Online-Fachzeitschrift PLOS ONE veröffentlicht.


Lichtmikroskopische Aufnahme der Kieselalge

Foto: Uni Leipzig, Christian Wilhelm

„Kieselalgen zeigen eine besondere Art, auf Licht zu reagieren und ihren Stoffwechsel den wechselnden Lichtbedingungen im Wasser anzupassen“, sagt Prof. Dr. Christian Wilhelm, Leiter der Abteilung Pflanzenphysiologie an der Universität Leipzig.

„Wir konnten nun erstmals zeigen, dass Lichtrezeptoren, die die Intensität des blauen oder des roten Lichts messen können, nicht nur die Gentranskription verändern, sondern direkt die Aktivität von Enzymen im Stoffwechsel steuern.“

Ein rascher Lichtwechsel von Blau- zu Rotlicht und umgekehrt beeinflusse zwar nicht die Photosynthese-Leistung, der Stoffwechsel werde aber innerhalb von 15 Minuten drastisch umgesteuert. „So können im Rotlicht gewachsene Zellen, die in einem blauen Lichtmilieu weiter kultiviert werden, zwar noch immer Photosynthese treiben, aber nicht mehr wachsen.“

Diese „Lichtschalter“ könne man nun benutzen, um den Kohlenstofffluss in Zellen zu steuern. Der Nachweis dafür gelang mittels der am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung etablierten Metabolomplattform MetaPro. „Es eröffnen sich damit neue Wege für die biotechnologische Steuerung von Zellen“, erklärt Christian Wilhelm.

„Diese Arbeit ist ein weiterer Beleg für den Mehrwert von intensiven Kooperationen zwischen außeruniversitären und universitären Einrichtungen, insbesondere mit der Fakultät für Biowissenschaften, Pharmazie und Psychologie“ freut sich Prof. Martin von Bergen, Sprecher des Departments für Metabolomics am UFZ und einer der Mitautoren.

Die Leipziger Algenexperten der Pflanzenphysiologie an der Universität Leipzig hatten vor zwei Jahren bereits mit einer anderen Publikation auf sich aufmerksam gemacht: Zusammen mit Wissenschaftlern aus Karlsruhe und Bremen erbrachten sie den Beweis, dass sich Sonnenlicht mithilfe von Mikroorganismen hocheffizient in reines Erdgas umwandeln lässt. Dabei wird der Stoffwechsel von Grünalgen umgelenkt.

Die Veröffentlichung zu den Kieselalgen:
The Acclimation of Phaeodactylum tricornutum to Blue and Red Light Does Not Influence the Photosynthetic Light Reaction but Strongly Disturbs the Carbon Allocation Pattern
DOI: 10.1371/journal.pone.0099727

Die Veröffentlichung zu den Grünalgen:
Methane production from glycolate excreting algae as a new concept in the production of biofuels
DOI: 10.1016/j.biortech.2012.06.120

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Christian Wilhelm
Institut für Biologie, Pflanzenphysiologie
Tel: 0341-97-36874
E-Mail: cwilhelm@rz.uni-leipzig.de
Internet: http://www.uni-leipzig.de/~pflaphys/

Prof. Dr. Martin von Bergen, Dr. Sven Baumann
Department für Metabolomics am Helmholtz Zentrum für Umweltforschung
Tel.: 0341-235-1211, -1099
E-Mail: martin.vonbergen@ufz.de
E-Mail: sven.baumann@ufz.de
Internet: http://www.ufz.de/index.php?de=17634
Internet: http://www.ufz.de/index.php?de=18274

Weitere Informationen:

http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0099727 Die Veröffentlichung zu den Kieselalgen
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852412010395 Die Veröffentlichung zu den Grünalgen

Carsten Heckmann | Universität Leipzig

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