Biomineralisation in Zysten von Flagellaten

• Antragstellerin: Professorin Dr. Anne Jantschke
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie ; Biologische und Biomimetische Chemie ; Biomaterialien ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316737816

Als Biomineralisation wird die kontrollierte Bildung anorganischer Materialien durch biologische Prozesse bezeichnet. Sie ist ein in der Natur weit verbreitetes Phänomen. Die dabei entstehenden Kompositmaterialien besitzen makro- und nanostrukturierte Mineralphasen mit vielfältigen Eigenschaften. Beispiele für solche Biomaterialen findet man unter anderem in einzelligen, eukaryotischen Mikroalgen, dem Schwerpunkt dieses Vorhabens. Dinoflagellaten bilden mit etwa 2000 lebenden Spezies eine der größten Gruppen begeißelter Mikroalgen. Unter günstigen Wachstumsbedingungen vermehren sich bestimmte Arten in extremem Ausmaß. Man nennt diese Algenblüte rote Tide. Dabei produzieren einige Arten starke Gifte, welche sich in Muscheln oder Fischen anreichern und damit auch für Menschen gefährlich werden können (paralytic shellfish poisoning). Aus diesem Grund besteht ein großes ökologisches Interesse, den teilweise sehr komplexen Lebenszyklus der Dinoflagellaten zu untersuchen. Die Fortpflanzung der Dinoflagellaten erfolgt überwiegend vegetativ. Mehr als 10% aller Spezies bilden als Teil ihres Lebenszyklus unter ungünstigen Lebensbedingungen (mineralisierte) Dauerzustände, die Zysten. Die Zellwand einer Zyste besteht aus einer sehr robusten organischen Schutzschicht. Zusätzlich kann die Zyste kalzifiziert oder sogar silifiziert sein. Kalkhaltige Zysten bestehen aus Calcit und einer inneren organischen Schicht, welche die Strukturierung der Calciumcarbonat-Phase unterstützt. Obwohl die komplexen Strukturen der Zysten durchaus bekannt und Dinoflagellaten die zweithäufigste kalkhaltige Phytoplanktongruppe sind, wurden deren Biomineralisationsprozesse bisher noch nicht untersucht. Dabei bieten Dinoflagellaten ein vielversprechendes Biomineralisations-Modellsystem. Die Kultivierung ist etabliert und die Zystenbildung kann verhältnismäßig einfach in Kultur durch Veränderung der Wachstumsbedingungen induziert werden. Vor kurzem wurde gezeigt, dass fossile kalzifizierte Zysten extrem interessante, verwobene, faserartige Strukturen besitzen. Diese äußerst speziellen Korb-Strukturen stellen eine neue Art von Calcit-Biomineral-Architektur dar. Bisher konnten solche Strukturen nur in fossilen Zysten beobachtet werden. Allerdings eröffnen die beobachteten Strukturen zahlreiche Fragen über die Biomineralisation in Dinoflagellat-Zysten. Derzeit sind weder die detaillierten Struktur-Funktions-Verhältnisse noch der Mechanismus der Strukturbildung und -stabilisierung bekannt. Das Ziel des Projekts ist daher die Untersuchung der Biomineralisationsprozesse in Dinoflagellaten während ihres komplexen Lebenszyklus. Insbesondere die Strukturbildung und die Wechselwirkungen zwischen der organischen und anorganischen Phase (Calciumcarbonat) stehen dabei im Mittelpunkt der Untersuchungen. Für die Untersuchung der mineralisierten Zysten aus kultivierten Dinoflagellaten werden die analytischen Methoden Cryo-SEM, FIB-SEM, FT-IR und Micro-Raman Spektroskopie vorgeschlagen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Israel
• Gastgeberinnen / Gastgeber: Professorin Dr. Lia Addadi; Professor Steve Weiner, Ph.D.