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Praxis:
Mikroalgen
Claude Gudin ist Biologe.
Seine Studien widmet er mikroskopisch kleinen Pflanzen, die bisher wenig
erforscht sind: den Mikroalgen.
Claude Gudin
"Mikroalgen finden sich überall, und sobald die äußeren
Bedingungen günstig sind - das heißt, sobald sowohl viel Feuchtigkeit
als auch genügend Licht vorhanden sind - zeigt sich diese Welt und
wird für unser Auge sichtbar. Von Zeit zu Zeit wird man sich dann
der Tatsache bewusst, wie gewaltig diese unsichtbare mikroskopisch kleine
Welt in Wirklichkeit ist."
Mikroalgen verfügen in
der Tat über eine riesige Farbpalette. Aber hinter ihren schönen
Farben verbergen sich möglicherweise Substanzen, aus denen in Zukunft
Medikamente entwickelt werden können.
Claude Gudin
"Nehmen wir das Wunder des sogenannten Blutregens, der seinen
Namen ganz zurecht trägt: In Wirklichkeit handelt es sich aber nur
um eine weitere spezielle Mikroalgenart, mit der die Natur unsere Aufmerksamkeit
auf sich ziehen will. Wenn nach einem schönen, sonnigen Tag starke
Gewitterregen niedergehen, beginnen sich die wenigen Haematococcus pluvialis
in Wasserbecken stark zu vermehren. Wenn man mit dem Finger darüber
fährt, erhält man eine Art "blutigen" Abstich, dessen
leicht ölige Struktur in der Tat sehr an Blut erinnert. Ein Carotinoid
namens Astaxanthin ist für die Farbe des 'Haematococcus pluvialis'
verantwortlich."
Mikroalgen sind so alt wie
die Welt. Sie besiedeln unseren Planeten seit 3/1 Milliarden Jahren. Claude
Gudin hat die wichtigsten und seltensten Exemplare gesammelt, um ihre
Züchtung zu erleichtern. In den Räumen der Pharmazeutischen
Gesellschaft Thallia in Tarbes bewahrt er seine Schätze auf.
Claude Gudin
"Herzlich willkommen in meinem geheimen Garten. Man kann schon von
einem Garten sprechen, denn hier bewahre ich meine Sammlung von Mikroalgen
auf. Man muss wissen, dass es in der Natur etwa 30.000 verschiedene Arten
Mikroalgen und Cyanobakterien gibt. Ungefähr 500 davon haben wir
hier zusammengetragen. Wenn wir die einzelnen Gattungen miteinander klonen,
kommen wir immerhin auf etwa 7000 Kulturen; das ist schon eine ganz beträchtliche
Sammlung.
Das hier ist ein richtiger botanischer Garten, denn Algen und Cyanobakterien
sind pflanzliche Mikroorganismen, die man entweder in Röhrchen oder
als Gelose in Flakons aufbewahrt. Natürlich werden sie auf ihrem
Nährboden regelmäßig pikiert - wie alle Kleinpflanzen
- damit sie nicht absterben. Und selbstverständlich geschieht dies
äußerst sorgfältig unter mikrobiologisch einwandfreien
Bedingungen, damit die Kulturen so rein wie irgend möglich bleiben.
Wozu soll diese Sammlung nun dienen? Am besten ist sie wohl mit den Andalusischen
Gärten vergleichbar, in denen vor 1000 Jahren medizinische Heilpflanzen
gezüchtet wurden. Und tatsächlich haben auch wir ein neues Herbarium
entdeckt, aus dem wir schöpfen wollen; in diesem Falle besteht es
aus Mikroalgen. Vielleicht sind in diesen Mikroorganismen Aktivstoffe
nachweisbar, die zur Herstellung neuer Medikamente genutzt werden können.
Als erstes zeige ich Ihnen
eine Blutalge. Wie sie sehen, ist sie imstande, mit ihren beiden
Geißeln in der Nährlösung zu schwimmen. Außerdem
sieht man deutlich, dass es sich eigentlich um eine grüne Zelle handelt.
In der Mitte taucht zwar ein kleiner roter Punkt auf, alles in allem aber
ist die Zelle grün.
Diese Alge ist im Grunde genommen also eine Grünalge, die allerdings
sehr empfindlich auf ein Übermaß an Licht reagiert. Um das
anfällige, lichtempfindliche Chlorophyll in ihrer Zelle zu schützen,
schafft sie sich eine Art Sonnenbrille oder Sonnenfilter, denn wenn das
Wasser nach und nach verdampft, ist sie einer immer stärkeren Lichteinstrahlung
ausgesetzt. Zu diesem Zweck produziert die Alge einen roten Farbstoff
- ein Carotinoid - so dass ihre Farbe von Grün nach Rot wechselt
und sich die Zelle in eine regelrechte "Blutlache" verwandelt.
In dem Präparat, das
ich im Augenblick untersuche - es handelt sich um ein sogenanntes Chlamydomonas
- sind kleine eiförmige Zellen auszumachen. Das Außergewöhnliche
an dieser Mikroalge aber ist, dass sich am Ansatz ihrer Geißeln
ein kleines rotes Auge befindet, das man bei starker Vergrößerung
gut erkennen kann. Dieses Auge nennt man Stigma. Besonders aufregend an
der Sache ist, dass dieses
Auge chemisch betrachtet aus einem Carotinoid namens Rhodopsin besteht.
Mit genau diesem Carotinoid ist aber auch unsere Netzhaut ausgekleidet,
die ja sozusagen den lichtempfindlichen Teil unseres Auges darstellt.
Sie ist eine Art Empfänger, mit dessen Hilfe wir überhaupt in
der Lage sind, uns in diesem Augenblick gegenseitig zu sehen und mehr
oder weniger ein Bild abzuspeichern. Wenn ich also nun in dieses Mikroskop
schaue und dort unten - am Ansatz der Geißeln - das kleine rote
Auge betrachte, stellt sich mir die berechtigte Frage: Wer schaut hier
eigentlich wen an? Auf dem kurzen Weg von einigen Dezimetern liegen in
Wirklichkeit zwei bis drei Milliarden Jahre. Ein geradezu unglaublicher
Zeitraffereffekt, und darin liegt auch die Faszination dieser Welt der
Mikroalgen.
Meine Lieblingsalge habe ich
mir allerdings bis zum Schluss aufgehoben. Auf das Studium ihrer Zellstrukturen
habe ich praktisch 20 Jahre meines Lebens verwandt. Diese Mikroalge heißt
Porphyridium cruentum, es ist eine kleine Rhodophyta von nur 20
Mikrometern Durchmesser - also 20 Tausendstel Millimeter. Sie ist wunderschön.
In einem Porphyridium cruentum findet sich ein weiterer Farbstoff des
Typs Carotinoid, der ganz außerordentlich wertvoll ist.
Es handelt sich um Zeaxanthin - ein orangegelber Farbstoff. Warum ist
dieses Zeaxanthin nun so interessant? Auch hierbei geht es wieder um unser
Auge. Für das farbliche Sehen benötigt es zwei Substanzen, nämlich
Lutein und Zeaxanthin. Wenn der Mensch älter wird, kommt es durch
einen Mangel an Zeaxanthin bisweilen zu einer Makuladegeneration der Netzhaut,
die einen fortschreitenden Verlust des Augenlichts nach sich zieht und
sogar zur Blindheit führen kann. Eine zusätzliche Versorgung
des Auges mit Zeaxanthin, könnte den Krankheitsverlauf möglicherweise
verlangsamen."
Zur Herstellung eines Zeaxanthin-Konzentrats
im industriellen Maßstab hat Claude Gudin ein Verfahren entwickelt,
mit dem das Wachstum von Porphyridium cruentum optimiert werden
kann:
In 550 Meter langen Röhren aus Plexiglas fließen 2.500 Liter
mit Algen angereicherter Nährlösung, in der sich 25 kg dieser
Mikroorganismen entwickeln. Das heißt: in jedem Milliliter dieser
roten Suppe wachsen 10 Millionen Mikroalgen.
Claude Gudin
"In den Röhren wird so viel Sonne wie möglich eingefangen,
denn für die Photosynthese benötigen die Mikroalgen sehr viel
Licht. Bei der Photosynthese wird Kohlendioxyd gebunden und in lebende
Materie verwandelt. Wir können hier sozusagen live einer solchen
Photosynthese beiwohnen, und das ist schon eine ganz seltene und einzigartige
Sache. Der weiße Schaum, der sich an den Röhren absetzt, entsteht
dadurch, dass eine zähflüssige Substanz in die Biomasse abgesondert
wird und dort in Verbindung mit dem Sauerstoff, der bei der Photosynthese
entsteht, emulgiert.
Man sieht also das biologische Produkt der Photosynthese - die Biomasse,
die lebende Materie - und gleichzeitig den Sauerstoff, der durch sie entstanden
ist. Was man natürlich nicht erkennen kann, ist das Kohlendioxyd,
das den Mikrokulturen beigemischt wird; es zersetzt sich.
Das Neuartige an diesem photochemischen Reaktor ist, dass kontinuierlich
Biomasse produziert werden kann. Das bedeutet, man fügt ständig eine gewisse
Menge flüssige Nährlösung hinzu, während gleichzeitig die entsprechende
Menge an Biomasse in einen Sammelbottich abfließt. (...)
Von dort aus gelangt
die Mischung in eine Zentrifuge, in der die Masse aus Mikroalgen von den
restlichen Substanzen getrennt wird und dank eines speziellen Trockenverfahrens
ein rotes Puder hergestellt wird, das ganz besonders reich an Zeaxanthin
ist.
Der gesamte Prozess ist
also relativ einfach. Weniger einfach hingegen ist die ständige Kontrolle
aller Parameter, wie Temperatur, PH-Wert, Qualität der Mineralsalze
und aller Zusatzprodukte, die Überprüfung des Endprodukts und
der CO2-Zufuhr. Diese
ganzen Werte werden registriert, bis man schließlich in der Lage
ist, mikrobiologisch einwandfreie Kulturen mit einem kontrollierten Durchschnittsalter
herzustellen."
Im Augenblick gibt dieses
Verfahren nur einen Vorgeschmack auf die große Palette an pharmazeutischen
Produkten, die auf diese Weise industriell hergestellt werden könnten.
Noch steckt dieser Sektor in den Kinderschuhen, aber über eine solche
Produktion von Biomasse wird es vielleicht möglich sein, alle verborgenen
Wirkstoffe zu verwerten, die in den 30.000 verschiedenen Arten des Herbariums
schlummern.
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