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Chemie | Biochemie | Medizin
Cristiano Pereira Goncalves, 2004 | Churwalden, GR
Antibiotika werden ein immer ineffizienteres Bekämpfungsmittel gegen Bakterien. Sogenannte antimikrobielle Peptide (AMPs) sind eine weitere Art, um Bakterien zu bekämpfen. Genau diese Art von Bekämpfung benutzt wahrscheinlich auch Hydra viridissima. In dieser Arbeit wurde das Expressionsprofil des Arminins 407 (AMP) von drei Gruppen Hydren, die verschiedenen Bedingungen unterlagen, betrachtet. Vor allem auffallend ergab sich, dass Hydren, die für 27 Stunden in Kontakt mit E. coli Bakterien kamen, eine um den Faktor 13.4 erhöhte Arminin Expression aufwiesen. Dies deutet darauf hin, dass dieses Arminin 407 tatsächlich antibakterielle Wirkungen aufzeigt.
Fragestellung
Die konkrete Fragestellung, welcher nachgegangen wurde, ist die Bestimmung der Genexpression des Arminins 407 bei H. viridissima unter verschiedenen Umweltbedingungen. Zusammengefasst wurde analysiert, wie stark das Arminin 407, ein Peptid, bei welchem die Funktion noch nicht ganz klar ist, von H. viridissima produziert wird, wenn man Hydra unter verschiedene Umweltbedingungen setzt, um dann Schlussfolgerungen auf die Funktion ziehen zu können.
Methodik
Die drei Umweltbedingungen, die untersucht wurden, sind einmal das Unterstellen eines Hitzeschocks von 28 °C, dann das Zuführen von E. coli Bakterien und das Umtauschen des ursprünglichen Teichwassers mit fremdem. Bei diesen Untersuchungen wurde jeweils noch eine Kontrollprobe unter Normalbedingungen parallel mitgeführt, um später einen genauen Vergleich zwischen den Proben machen zu können. Die technische Ermittlung der Genexpression startete direkt, nachdem die Zeit unter den veränderten Umweltbedingungen verstrichen war, mit einer RNA-Extraktion, dann wurde daraus cDNA synthetisiert, danach wurden PCR-Tests durchgeführt und anschliessend wurde eine Gelelektrophorese durchgeführt, wobei auch noch Bilder der Gele gemacht wurden. Zur zahlenmässigen Quantifizierung der Expressionsprofile wurde mittels der Software Fiji, die Lichtstärke der Gelelektrophoresen gemessen und miteinander verglichen.
Ergebnisse
Dabei kam heraus, dass die Hydren, die unter Hitzeschock standen, ihre Arminin 407 Expression komplett eingestellt haben. Bei der zeitgleich erstellten Kontrollprobe unter Normalbedingungen konnte eine gewöhnliche Arminin 407 Expression festgestellt werden. Bei den Hydren, die mittels Flüssigkultur in Kontakt mit Bakterien kamen, konnte gezeigt werden, dass diese Hydren ihre Arminin 407 Expression ca. um den Faktor 13.4 erhöht hatten im Vergleich zur Kontrollprobe. Auch bei der Teichwasserprobe konnten ähnliche Ergebnisse festgestellt werden, jedoch wurde bei diesen Hydren nur ca. eine Erhöhung um den Faktor 3.3 nachgewiesen im Vergleich zur Kontrollprobe.
Diskussion
Da beim Hitzeschockexperiment der einzige Unterschied zwischen den zwei Proben die Hitze war, muss das auch der Grund für das Einstellen der Expression unter Hitzeschock sein. Wieso Hydren unter Hitzeschock ihre Arminin 407 Expression einstellen, lässt sich nur hypothetisch beantworten. Zum Beispiel könnte es sein, dass sich Hydra während eines Hitzeschocks auf wichtigere Funktionen fokussiert, wie das Exprimieren von Hitzeschockproteinen, um den Hitzeschock zu überstehen. Beim Bakterien- und Teichwasserexperiment ist die Argumentation ähnlich. Auch hier muss der Grund für die Veränderung des Expressionsprofils (hier Erhöhung) die Veränderung der Umwelt sein. Aus dieser Erkenntnis heraus könnte man vermutlich sogar davon ausgehen, dass dieses Arminin 407 tatsächlich antimikrobielle Wirkungen besitzt. Einerseits weil es beim Zuführen von Bakterien erhöht exprimiert wurde, wahrscheinlich als Schutzmechanismus, um sich vor den Bakterien zu schützen, andererseits aber auch weil es beim Umtauschen des Teichwassers zu einer erhöhten Expression gekommen ist. Dabei wurden wahrscheinlich auch andere Bakterien indirekt den Hydren zugeführt.
Schlussfolgerungen
Schlussfolgernd lässt sich sagen, dass man dem ursprünglichen Ziel, eine genauere Vorstellung über die Funktion dieses Arminins 407, schon um einiges näher gekommen ist. Nämlich hat sich gezeigt, dass dieses neuartige Peptid wahrscheinlich wirklich antimikrobielle Wirkungen gegen gewisse Bakterien zeigt. Jedoch muss man ergänzen, dass dieses Forschungsgebiet und auch diese Arbeit noch lange nicht «ausgeforscht» ist und man noch viele Dinge klären muss. Nur schon, um die Hypothese eindeutig zu beweisen, dass dieses Arminin 407 wirklich antibakteriell wirkt, vor allem auch gegen welche Bakterien und ob es eines Tages vielleicht sogar möglich wäre, dieses Peptid als eine Art Wirkstoff tatsächlich auch für den Menschen einzusetzen.
Würdigung durch den Experten
Dr. Charisios Tsiairis
Cristiano Concalves untersucht Faktoren, die die Expression von Arminin im Süsswasserpolypen Hydra verändern. Arminin ist ein Protein, das Hydra verwendet, um seine bakterielle Belastung zu kontrollieren, und hat daher das Potenzial, als Alternative zu Antibiotika eingesetzt zu werden. Um seine Arbeit ausführen zu können, musste Cristiano ein gutes Verständnis der Hydra-Biologie entwickeln und anspruchsvolle molekularbiologische Techniken beherrschen. Die Ergebnisse werden klar und strukturiert dargestellt und die Arbeit beinhaltet wichtige Schritte zum Verständnis, wie Hydras ihre Symbionte regulieren.
Prädikat:
hervorragend
Sonderpreis «London International Youth Science Forum (LIYSF)» gestiftet von der Metrohm Stiftung
Sonderpreis von Life Sciences Switzerland (LS2)
Bündner Kantonsschule, Chur
Lehrer: Adrian Puntschart