Zelluläres Transportsystem schützt Fisch-Nachkommen vor Giftstoffen

9. September 2013, 10:04
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Protein ABCB4 kann von Umweltchemikalien gehemmt werden, was die Embryos empfindlicher macht

Fische sind während ihrer Entwicklung zum ausgewachsenen Tier zahlreichen Gefahren ausgesetzt. Auch Giftstoffe, die durch Umweltverschmutzung in die Biotope gelangen, haben negative Auswirkungen auf die Embryos. Nun haben deutsche Forscher ein Protein entdeckt, das Chemikalien aus dem Embryo des Zebrabärblings heraus transportiert und ihn damit vor giftigen Substanzen schützen kann. Der Mechanismus ist allerdings nicht unfehlbar: andere Umweltchemikalien können ihn außer Kraft setzen, wodurch die Tiere gegenüber Giftstoffen sehr viel empfindlicher werden.

Die beiden Ökotoxikologen Till Luckenbach vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) und Stephan Fischer vom Schweizer Wasserforschungsinstitut Eawag haben gemeinsam mit weiteren Kollegen nun herausgefunden, dass beim Embryo des Zebrabärblings (Danio rerio) das Transportprotein ABCB4 aktiv Chemikalien aus dem Embryo herausschleust. "Ein Fischembryo hat bereits sehr gute Schutzkompetenzen", sagt Luckenbach. "Die Bedeutung solcher Transportsysteme wurde in der toxikologischen und ökotoxikologischen Forschung bislang unterschätzt – sie spielen aber eine äußerst wichtige Rolle."

Bindet eine Substanz an das Transport-Protein ABCB4 des Fischembryos, wird der ebenfalls an den Transporter angelagerte Zelltreibstoff ATP gespalten. Die dabei freiwerdende Energie wird dazu genutzt, den unerwünschten Stoff aus der Zelle heraus zu schleusen. ABCB4 kann eine Vielzahl unterschiedlicher Stoffe abwehren, wodurch der Embryo resistent gegenüber zahlreichen Schadstoffen wird.

Umweltgifte blockieren Transportsystem

In weiterführenden Untersuchungen konnten die Forscher durch Messung der Aktivität des Transportersystems herausfinden, welche Chemikalien durch ABCB4 transportiert werden. Es gibt aber auch Substanzen, die den Transporter blockieren können. Durch diese Hemmung kann er seiner Funktion nicht nachkommen, und andere schädliche Substanzen können in den Organismus eindringen. "Stoffe, die den Transporter hemmen, öffnen anderen toxischen Substanzen Tür und Tor", sagt Fischer. "Sie werden auch Chemosensitizer genannt, da sie den Organismus für Schadstoffe empfindlicher machen. Dieser indirekte toxische Effekt spielt vor allem bei Stoffgemischen, wie sie üblicherweise in unserer Umwelt vorkommen, eine wichtige Rolle."

Am UFZ werden derzeit verschiedenste umweltrelevante Chemikalien auf deren Einfluss auf das ABCB4-Transportersystem getestet – einzeln und im Gemisch. Luckenbach: "Viele Effekte von Stoffgemischen können mit der ABCB4-Proteinaktivität erklärt werden. Da Embryonen des Zebrabärblings für die Chemikalienbewertung und für Untersuchungen von Umweltbelastungen genutzt werden, hoffen wir, dass unsere Studie dazu beitragen wird, dass in Zukunft unbedingt auch Tests zu ABCB4-Transportprozessen in die Richtlinien von Toxizitätstests aufgenommen werden." (red, derStandard.at, 07.09.2013)

  • Die Untersuchungen am Zebrabärbling (Danio rerio) könnten zu biologischen Alternativen zu Chemikalientests führen.
    foto: andré künzelmann, ufz

    Die Untersuchungen am Zebrabärbling (Danio rerio) könnten zu biologischen Alternativen zu Chemikalientests führen.

  • Befindet sich im umgebenden Wasser der rote Fluoreszenzfarbstoff Rhodamin B, reichert sich bei normaler Funktion des entdeckten Transportsystems nur eine geringe Menge des Farbstoffs in den Embryonen an (oben).
Wird die Funktion des Transportproteins Abcb4 hingegen gehemmt, dringt vermehrt Farbstoff ins Gewebe ein (unten). Auch für verschiedene toxische Stoffe bildet Abcb4 eine Aufnahmebarriere und schützt die Fischembryonen vor deren schädlicher Wirkung. Allerdings hemmen, ähnlich wie die hier verwendete Inhibitorsubstanz Cyclosporin A, auch andere Chemikalien Abcb4, einschließlich solcher, die vom Menschen in die Umwelt eingebracht werden.
    foto: stephan fischer, eawag

    Befindet sich im umgebenden Wasser der rote Fluoreszenzfarbstoff Rhodamin B, reichert sich bei normaler Funktion des entdeckten Transportsystems nur eine geringe Menge des Farbstoffs in den Embryonen an (oben).

    Wird die Funktion des Transportproteins Abcb4 hingegen gehemmt, dringt vermehrt Farbstoff ins Gewebe ein (unten). Auch für verschiedene toxische Stoffe bildet Abcb4 eine Aufnahmebarriere und schützt die Fischembryonen vor deren schädlicher Wirkung. Allerdings hemmen, ähnlich wie die hier verwendete Inhibitorsubstanz Cyclosporin A, auch andere Chemikalien Abcb4, einschließlich solcher, die vom Menschen in die Umwelt eingebracht werden.

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