Impulsgeber für medizinischen und biotechnologischen Fortschritt: Sind Blaugrünalgen die kleinen Superstars von morgen?

Na zdjęciu znajdują się dr Michelle Gehringer (po lewej) i jej studentka magister Katharina Ebel (po prawej). Zdjęcie można bezpłatnie wykorzystać w ramach relacji prasowej. (Źródło: TUK/Koziel)

Cyjanobakterie są starsze od ludzkości i odgrywają kluczową rolę w obiegu materii na Ziemi: wiążą dwutlenek węgla i produkują tlen w procesie fotosyntezy. Że w niebiesko-zielonych algach tkwi jeszcze więcej potencjału, chce teraz udowodnić zespół naukowców z TU Dresden we współpracy z dr Michelle Gehringer z TU Kaiserslautern oraz naukowcami z Hochschule Kaiserslautern. Rozszyfrowują oni materiał genetyczny mikroorganizmów, aby sprawdzić, czy i jak można je wykorzystać jako producentów cennych substancji dla gospodarki i medycyny. W tym celu zespół zdobył jeden z prestiżowych grantów na sekwencjonowanie od Joint Genome Institutes (JGI) w USA.

Cyjanobakterie można rozpoznać gołym okiem na przykład podczas zjawiska zakwitu alg na powierzchni jezior kąpielowych spowodowanego wysokimi temperaturami. Ponadto tworzą one widoczne skórki lub barwne powłoki na skałach, dnie lub żyją w symbiozie z roślinami. Co czyni je tak cennymi w naturze: „Niebiesko-zielone algi zasiedliły Ziemię jeszcze przed roślinami i miały kluczowe znaczenie dla powstania życia, jakie znamy” – wyjaśnia dr Michelle Gehringer, kierująca grupą Geo- und Umweltmikrobiologie na TUK. „Dzięki zdolności do fotosyntezy wywołały tzw. ‚katastrofę tlenową’. W ten sposób nagle do atmosfery trafiły duże ilości tlenu.”

Gehringer bada cyjanobakterie od ponad 20 lat. „Podczas mojej pracy doktorskiej w Afryce zacząłem już studiować niebiesko-zielone algi i produkty uboczne ich metabolizmu, które wydzielają” – mówi naukowiec urodzony w Anglii. „Znane są na przykład substancje toksyczne dla zwierząt i ludzi, które pojawiają się podczas zakwitu alg w wodach. Moje zainteresowania koncentrowały się szczególnie na pytaniu, jak i w jakich warunkach środowiskowych organizmy te produkują tzw. metabolity wtórne.” Od tego czasu badaczka skupia się na różnorodności biologicznej niebiesko-zielonych alg i ich zdolności adaptacyjnych do ekstremalnych warunków klimatycznych. Obecnie zbadała dużą liczbę szczepów w naturze, wyhodowała je w laboratorium i ostatecznie „kolekcję” przeniosła na TU Kaiserslautern.

Wykorzystanie niebiesko-zielonych alg jako „fabryk substancji czynnych”

Zdolność niebiesko-zielonych alg do produkcji oprócz niezbędnych dla własnego metabolizmu substancji biologicznie czynnych, Gehringer wykorzystuje teraz w ramach projektu genomowego we współpracy z kolegami naukowcami. W pierwszym kroku zespół rozszyfruje materiał genetyczny łącznie 40 szczepów cyjanobakterii, aby ocenić ich pełny potencjał naturalnych związków. Przy użyciu metod z zakresu biologii syntetycznej i biotechnologii, uzyskane informacje mają być następnie wykorzystane do celowego odkrywania nowych molekuł aktywnych. Ostatecznie chodzi o to, jak i pod jakimi warunkami można osiągnąć masową produkcję użytecznych i gospodarczo istotnych kandydatów na substancje czynne. W czasach rosnącej oporności na antybiotyki i pandemii wirusowych, badacze liczą na kluczowe odkrycia dla postępu medycyny.

Ponieważ Gehringer zna cyjanobakterie, czyli „ukrytych bohaterów” historii Ziemi, jak nikt inny, zaprosili ją do zespołu dr Paul D’Agostino i prof. dr Tobias Gulder (z Katedry Biochemii Technicznej na TU Dresden i główny wnioskodawca projektu genomowego). Ich zadaniem w projekcie jest: wraz z jej studentką magisterską Kathariną Ebel przygotować jedną trzecią badanych szczepów bakterii tak, aby JGI mógł później określić ich sekwencje DNA. Ponadto bada, jak można ustalić optymalne warunki produkcji, aby cyjanobakterie mogły osiągnąć pełną wydajność.

„Ten projekt bardzo dobrze wpisuje się w nasze główne kierunki badawcze” – podsumowuje Gehringer. „Szczególnym punktem styczności jest grupa badawcza prof. Nicole Frankenberg-Dinkel, która między innymi bada pigmenty odpowiedzialne za fotosyntezę w cyjanobakteriach. Przede wszystkim czerwony pigment, indukowany światłem ‚Chlorophyll f’, który zapewnia, że cyjanobakterie mogą produkować tlen nawet w cieniu.”

Odpowiedzi na pytania:

Dr Michelle Gehringer
Tel.: 0631 205-2199 / 0174 9173561
E-mail: mgehring@bio.uni-kl.de