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Biopolymere: Meister der Selbstheilung

Wenn wir Menschen uns verletzen, werden bei der Reparatur des Gewebes einfach neue Zellen gebildet, und der Schaden ist behoben. Einzeller müssen sich da schon etwas Besonderes einfallen lassen.
Wundverschluss der Grünalge Caulerpa taxifoliaLaden...
Eine kleine Verletzung ist zwar schmerzhaft, aber für Menschen normalerweise kein Problem. Wie alle mehrzelligen Organismen bildet unser Körper neues Gewebe rund um die lädierten Zellen. Das können Einzeller jedoch nicht. Um eine Verletzung zu überleben, müssen sie die Zelle als solche rasch reparieren.

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Caulerpa taxifolia | Aus tropischen Gewässern gelangte sie in das Mittelmeer und den Pazifik vor Nordamerika und verdrängt nun die dort heimischen Arten: die Grünalge Caulerpa taxifolia.
Besonders gefährdet sind große Einzeller, wie etwa die Grünalge Caulerpa taxifolia, die bis zu mehreren Metern lang werden kann. Sie entwickelte eine besondere Strategie in Sachen Wundverschluss, die wiederum zu einer enormen Verbreitung der Alge beigetragen hat. Seit sie aus tropischen Gewässern in das Mittelmeer und den Pazifik vor Nordamerika eingeschleppt wurde, verdrängt sie dort heimische Arten und richtet dabei großen ökologischen Schaden an.

"Der Erfolg der Alge beruht unter anderem auf ihrer außergewöhnlichen asexuellen Vermehrungsstrategie, die auf ihrer raschen Zellheilung beruht", erklärt Georg Pohnert vom Max-Planck-Institut für Chemische Ökologie in Jena. "Zerreißt die Alge, werden Zellbestandteile vermischt, und wie bei einem Zweikomponentenkleber entsteht aus neutralen Komponenten ein schnell polymerisierendes Gemisch, das die entstehenden Fragmente innerhalb von Sekunden durch einen gelatineartigen Wundverschluss versiegelt. Jedes Zellfragment bildet später den Grundstock für neue Algenkolonien."

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Wundverschluss der Grünalge | Diese Form des Wundverschlusses trug mit zu der enormen Ausbreitung von Caulerpa taxifolia bei.
Pohnert und sein Team lösten nun das Rätsel, wie die Alge ihre Wunden derart rasch und effektiv verschließt. Im Grunde benötigt Caulerpa dazu nur Caulerpenin – ein Metabolit aus der Klasse der Sesquiterpene – und eine Esterase, ein Esterbindungen spaltendes Enzym. Wird die Alge verletzt, tritt die Esterase sofort in Aktion, spaltet drei Molekülstückchen ab und wandelt Caulerpenin auf diese Weise in einen als Oxytoxin 2 bezeichneten Dialdehyd um.

Eine Aldehyd-Gruppe, also ein Kohlenstoff-Atom, das ein per Doppelbindung gebundenes Sauerstoff-Atom sowie ein Wasserstoff-Atom trägt, zeigt sich wiederum als sehr reaktionsfreudig. Verbindungen wie Oxytoxin 2, die gleich zwei Aldehyd-Gruppen besitzen, können Proteine regelrecht zu einem polymeren Netzwerk verknüpfen.

"Genau das passiert beim Wundverschluss der Algen", sagt Pohnert. "Dass dieser Mechanismus so zuverlässig funktioniert, verdankt die Alge ihrer sehr reaktiven Esterase und der hohen Caulerpenin-Konzentration, die über 1,3 Prozent ihres Feuchtgewichts ausmachen kann."

Da die Forscher auch bei anderen Grünalgen-Spezies Metabolite gefunden haben, die in ihrem Aufbau Caulerpenin ähneln, ist Pohnert überzeugt: "Das von uns beschriebene Prinzip des Wundverschlusses bei Caulerpa könnte daher bei Makroalgen weit verbreitet sein."
23.03.2005

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 23.03.2005

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