Auslaufmodell: Toxinbildung in Blaualgen

Weniger giftige Blaualgen in europäischen Seen

Bestimmte Blaualgen in europäischen Seen wurden aufgrund einer seltenen Mutation weniger giftig und verdrängen allmählich ihre giftigeren Verwandten. Das zeigen jüngste Ergebnisse zur Evolution der genetischen Basis der Toxinsynthese am ÖAW-Institut für Limnologie in Mondsee. Das Problem der Algenblüte in überdüngten Seen bleibt aber weiterhin bestehen.

Rainer Kurmayer und sein Team am Institut für Limnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) in Mondsee untersuchen in einem vom Wissenschaftsfonds (FWF) geförderten Projekt die genetischen Voraussetzungen für die Bildung des Blaualgengiftes Microcystin bei der Gattung Planktothrix. In dieser Gattung gibt es rot pigmentierte, giftige Arten und grün-pigmentierte, ungiftige Arten. Die roten dominieren in tiefen, geschichteten Seen des Alpenraums und Skandinaviens oder generell in Reservoiren. Ihre nächsten Verwandten, die ungiftigen grünen, kommen vor allem in seichten, nährstoffreichen Gewässern vor. Die Mondseer Limnologen haben nun gezeigt, dass diese grünen Cyanobakterien die Fähigkeit zur Toxinbildung aufgrund einer seltenen Mutation fast gänzlich verloren haben. Überraschend für die Wissenschaftler waren die genetischen Indizien, die darauf hindeuten, dass dieser Verlust bereits vor einigen Millionen Jahren passiert ist. Seither breiten sich die ungiftigen Mutanten über Europa langsam aus und verdrängen ihre giftigen Verwandten (siehe Abbildung: Übersichtskarte). "Wir erwarten, dass in Zukunft - damit meine ich aber Zeiträume von mindestens einigen Tausenden von Jahren - ungiftige Cyanobakterien, zumindest bei der untersuchten Gattung Planktothrix, die Oberhand gewinnen. Aber auch bei anderen Blaualgen-Arten erscheint es uns aufgrund genetischer Befunde und Daten möglich, dass ihre Fähigkeit zur Microcystinproduktion evolutionär abnimmt", prognostiziert Rainer Kurmayer.

Damit sei aber das Problem von Algenblüten in Binnen- und Küstengewässern nicht gelöst, erinnert der Limnologe aus Mondsee (siehe Foto: Blaualgenblüte). Nach wie vor seien die Überdüngung durch den Nährstoffeintrag aus dem Umland von Seen sowie die knappen Wasserressourcen in trockenen Gebieten ein großes Problem. Die gute Nachricht: Bei der Microcystinproduktion sind keine den Antibiotikaresistenzen vergleichbaren Entwicklungen zu erwarten. "Bei pathogenen Bakterien können Erbanlagen - beispielsweise für gefährliche Antibiotikaresistenzen - horizontal, also direkt zwischen einzelnen Arten von Bakterien übertragen werden. Das ist bei den Genen zur Microcystinproduktion nicht der Fall. Ein plötzliches Mutieren von Cyanobakterien zu Microcystin produzierenden Vertretern ist daher unwahrscheinlich", erklärt Rainer Kurmayer.

Die Limnologen in Mondsee werden in weiteren Untersuchungen klären, welche Umweltfaktoren das Auftreten von Mutationen in Richtung verminderter Microcystinsynthese begünstigen. Darüber hinaus wollen sie überprüfen, ob sich ihre Ergebnisse aus der Microcystinforschung bezüglich der Synthese häufiger anderer Toxine in relevanten Blaualgenarten verallgemeinern lassen.


Abbildungen:
Übersichtskarte der Probenpunkte der Blaualge Planktothrix spp. in Europa. Rote Dreiecke: giftige Blaualgenisolate, schwarze Punkte: ungiftige Blaualgenisolate (Abb.: Kurmayer)
Bild

Blaualgenblüte in einem Trinkwasserreservoir in Sizilien im Winter (Foto: L. Naselli-Flores, Universität Palermo)
Bild


Publikation und Projekte:
Nontoxic Strains of Cyanobacteria Are the Result of Major Gene Deletion Events Induced by a Transposable Element. Molecular Biology and Evolution 2008 25(8):1695-1704; doi:10.1093/molbev/msn120
Link

Genetische Determinierung des Toxingehalts in Cyanobakterien
Abstract

Mikroevolution der Toxinsynthese bei Cyanobakterien
Abstract


Kontakt:
Dr. Rainer Kurmayer
Institut für Limnologie Mondsee
Österreichische Akademie der Wissenschaften
Mondseestraße 9, 5310 Mondsee
T +43 6232 3125-32
rainer.kurmayer@oeaw.ac.at
www.oeaw.ac.at/limno

Dr. Sabine Wanzenböck
Institut für Limnologie Mondsee
Österreichische Akademie der Wissenschaften
Öffentlichkeitsarbeit
Mondseestraße 9, 5310 Mondsee
T +43 6232 3125-48
sabine.wanzenboeck@oeaw.ac.at
www.oeaw.ac.at/limno


Büro für Öffentlichkeitsarbeit der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
Dr. Ignaz Seipel-Platz 2, 1010 Wien
T +43 1 51581-1218, 1219, 1229, 1235
F +43 1 51581-1227
public.relations@oeaw.ac.at