Charakterisierung bioaktiver Fischerelline in benthischen Cyanobakterien der Gattung Fischerella

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2002
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Greilinger Doris
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Characterization of bioactive fischerellins in the cyanobacterium fischerella spp.
Publikationstyp
Masterarbeit/Diplomarbeit
Publikationsstatus
Published
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Zusammenfassung

The benthic, nitrogen-fixing cyanobacterium Fischerella spp. produces at least two bioactive substances called fischerellins. Both fischerellins, fischerellin A and B, show allelopathic action against other cyanobacteria and green algae. Previous observations existed about additional yet unidentified fischerellins in Fischerella spp..
Aim of the first part of this study was to isolate and characterize additional fischerellins.
In order to do this the isolation as well as the detection procedure of fischerellins had to be improved first. The detection by HPLC was amended by using Reversed-Phase-C18-separation. The removal of pigments disturbing the detection of fischerellins was achived by preseparating the methanolic crude extracts of Fischerella spp. over normal-phase-solid-phase extraction. Resulting from the improved analytical method a new fischerellin, named fischerellin C, could be isolated and its structure partly characterized. Fischerellin C exhibits a chromophore similar to the known fischerellins with typical absorption maxima in methanol at 263, 277, 295, 313 nm. The molecular weight determined by mass spectrometry is 297 m/z. Although very similar in its structure to fischerellin A and B, fischerellin C shows no allelopathic activity in agar diffusion tests against Anabaena sp. PCC 7120. Beside the new fischerellin C other fischerellins matching the UV/Vis absorption spectra of fischerellin A and B were observed at different retention times. This indicates either other substituted fischerellins or additional isomers.
The second question addressed was how production of fischerellins is influenced by external conditions. In this study following abiotic conditions concerning media composition were varied. F. muscicola was cultured under nitrate or phosphate limitation. Further, different molybdenum and iron availability was tested on fischerellin production. However in none of the conducted experiments the fischerellin content nor the composition of different fischerellins showed clear dependance on varied concentrations. The variability in fischerellin content was even high in the same concentration levels. Despite often less biomass production with one exception no increased levels in fischerellins were found. Generally less fischerellins were found in the strongest iron and nitrogen limited cultures. This was interpreted as a result of the general impaired cell conditions seen by strongly decreased pigment content and less produced biomass. Although no dependance of fischerellin production on tested factors was found in this study influence of external factors on fischerellin production cannot be excluded.

Zusammenfassung in einer weiteren Sprache

Aus der benthischen, stickstofffixierenden Cyanobakteriengattung Fischerella spp. wurden bisher zwei bioaktive Substanzen, sogenannte Fischerelline, isoliert und charakterisiert. Sowohl Fischerellin A wie auch Fischerellin B zeigen bereits in geringen Konzentrationen allelopathische Aktivität gegen andere Cyanobakterien und Grünalgen. Es gab Hinweise darauf, dass weitere Fischerellin-ähnliche Substanzen in Fischerella spp. vorhanden sind.

Weitere Fischerelline zu isolieren und charakterisieren, war die erste Fragestellung dieser Arbeit. Dafür musste zunächst der Nachweis der Fischerelline in der HPLC verbessert werden. Dies gelang durch die Reversed-Phase-C18-Trennung. Weiterhin wurde die Abtrennung von in der HPLC störenden Pigmenten optimiert, indem methanolische Rohextrakte aus Fischerella spp. über Normalphasen-Festphasenextraktion vorgetrennt wurden. Hierauf konnte ein neues Fischerellin, Fischerellin C, isoliert und seine Struktur teilweise aufgeklärt werden. Es besitzt einen zu Fischerellin A und B ähnlichen Chromophor und zeigt typische Absorptionsmaxima in Methanol bei 263, 277, 295 und 313 nm. Das massenspektrometrisch bestimmte Molekulargewicht beträgt 297 m/z. In Agardiffusionsplattentests zeigte Fischerellin C keine allelopathische Wirkung gegen Anabaena sp. PCC 7120 in der höchsten getesteten Menge (8 mg extrahiertem Trockengewicht entsprechend). Zusätzlich zu Fischerellin C wurden mit der optimierten HPLC-Methode weitere Fischerellin-typische Absorptionsspektren aufgezeichnet. Diese stimmten in ihren UV/Vis-Spektren mit Fischerellin B oder C überein, hatten jedoch andere Retentionszeiten. Dies deutet auf anders substituierte Fischerelline oder weitere Isomere der bekannten Fischerelline hin.
Die zweite zentrale Fragestellung war wie die Produktion der Fischerelline geregelt wird und ob sich ihre Zusammensetzung mit den Umweltbedingungen ändert. Hierzu wurde der Einfluss folgender abiotischer Veränderungen auf die Fischerellinproduktion in F. muscicola getestet: Stickstofflimitation, Phosphatlimitation, unterschiedliche Molybdänverfügbarkeit sowie variierte Eisenverfügbarkeit bei Stickstoffmangel. Die gebildete Fischerellinmenge zeigte keine Konzentrationsabhängigkeit zu den vier getesteten Faktoren. Darüberhinaus variierten die Fischerellingehalte, trotz hoher Reproduzierbarkeit im Nachweis, innerhalb der Konzentrationsstufen sehr. Bei teilweise stark verringerter Biomasseproduktion zeigte sich bis auf eine Ausnahme keine gesteigerte Fischerellinproduktion. Dagegen wurde generell weniger Fischerellin gebildet, wenn F. muscicola stark eisen- oder stickstofflimitiert war. Dies könnte an einem allgemein verschlechtertem physiologischen Zustand der Zellen gelegen haben, was unter Eisenmangel an dem stark verringertem Pigmentgehalt deutlich wurde. Die Fischerellinproduktion zeigte keine Abhängigkeit von den hier getesteten Faktoren, könnte jedoch durchaus durch andere Umweltreize reguliert werden.

Fachgebiet (DDC)
570 Biowissenschaften, Biologie
Schlagwörter
Fischerelline, Sekundärmetabolite, bioaktiv, Nährstofflimitation, cyanobacteria, allelopathy, fischerellins, nutrient limitation, bioactivity
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ISO 690GREILINGER DORIS, , 2002. Charakterisierung bioaktiver Fischerelline in benthischen Cyanobakterien der Gattung Fischerella [Master thesis]
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