Wirkungen von Schwermetallen auf aquatische Pilze aus mikrobiellen Biozönosen des Mansfelder Landes

Abstract

In schwermetall-belasteten Gewässern des Mansfelder Landes konnten aquatische Hyphomyceten und terrestrische Pilze isoliert werden. Ein Wachstum unter Schwermetallstress kann durch "Avoidance", geringe Biosorption oder Akkumulation von Schwermetallen, aber auch durch die intrazelluläre Komplexierung an schwermetallbindende Peptide oder Proteine ermöglicht werden. Das Ziel dieser Studie war die Schwermetalltoleranz, Biosorption und Akkumulation von Schwermetallen und die Schwermetalldetoxifikation von einigen dieser Pilzisolate zu untersuchen. Sowohl der aquatische Hyphomycet (Heliscus lugdunensis-Stamm H4/2/4 und H8/2/1) als auch der terrestrische Hyphomycet (Verticillium alboatrum-Stamm H4/P/15) wuchsen in schwermetallhaltiger Oberflächen- und Flüssigkultur (Cd(II), Cu(II) oder Zn(II)). V. cf. alboatrum-Stamm H4/P/15 war jedoch schwermetalltoleranter als die H. lugdunensis-Stämme H4/2/4 und H8/2/1. Die Biosorption und Akkumulation von Cd(II) und Zn(II) durch H. lugdunensis-Stamm H4/2/4 sowie V. cf. alboatrum-Stamm H4/P/15 waren konzentrationsabhängige Prozesse. Bei einer Cd(II)-Konzentration von 0,1 mM kam es zu einer 15 fach höheren Biosorption und 39 fach höheren Akkumulation durch H. lugdunensis-Stamm H4/2/4 als durch V. cf. alboatrum-Stamm H4/P/15. Die unterschiedliche Biosorption von Cd(II) und Zn(II) durch die getesteten Pilze lässt differente Zellwandzusammensetzungen vermuten. Die geringe Cd(II)- und Zn(II)-Akkumulation von V. cf. alboatrum-Stamm H4/P/15 könnte die im Vergleich zu H. lugdunensis-Stamm H4/2/4 hohe Cd(II)- und Zn(II)-Toleranz erklären. In der vorliegenden Arbeit konnte erstmals in aquatischen Hyphomyceten (H. lugdunensis-Stamm H4/2/4 und H8/2/1) die Bildung von Phytochelatin (PC2) und Metallothioneinen (MT1_HL/MT2_HL) unter Cd(II)-Belastung nachgewiesen werden. Phytochelatine können Metallionen durch eine Thiolatkoordination inaktivieren, daher wäre in den H. lugdunensis-Stämmen eine Cd(II)-Komplexierung bzw. -Detoxifikation durch PC2 vorstellbar. Außerdem wäre eine Chelatierung von Cd(II) durch Metallothioneine (MT) in den H. lugdunensis-Stämmen möglich. Neben der Bildung von PC2 und MT lag unter Cd(II)-Belastung ein erhöhter Glutathion-Gehalt vor. Glutathion könnte als Precursor der PC-Synthese fungieren.

Aquatic hyphomyctes and terrestrial fungi were isolated from heavy metal-polluted streams of Mansfeld. Growth under heavy metal stress can be possible by "avoidance", low biosorption and accumulation of heavy metals, or via intracellulary complexation by heavy metal binding peptides or proteins. The focus of this study was to investigate the heavy metal tolerance, the biosorption and accumulation of heavy metals and heavy metal detoxification of several fungal isolates. Both the aquatic hyphomycetes (Heliscus lugdunensis strain H4/2/4 and H8/2/1) and the terrestrial hyphomycete Verticillium cf. alboatrum strain H4/P/15 grew in solid and liquid culture containing heavy metals (Cd(II), Cu(II) or Zn(II). However V. cf. alboatrum strain H4/P/15 showed a higher heavy metal tolerance than H. lugdunensis strain H4/2/4 and H8/2/1. The biosorption and accumulation of Cd(II) and Zn(II) by H. lugdunensis strain H4/2/4 and V. cf. alboatrum strain H4/P/15 were a concentration dependent process. Exposure to 0,1 mM Cd(II) resulted in a 15fold higher biosorption and 39fold higher accumulation for H. lugdunensis strain H4/2/4 than V. cf. alboatrum strain H4/P/15. The different biosorption of Cd(II) and Zn(II) by the tested fungi indicate that their cell wall consist of different compounds. The low Cd(II) and Zn(II) accumulation of V. cf. alboatrum strain H4/P/15 probably explains its high Cd(II) and Zn(II) tolerance in comparison to H. lugdunensis strain H4/2/4. In this study the synthesis of phytochelatin (PC2) and metallothionein (MT1_HL/MT2_HL) by aquatic hyphomycetes (H. lugdunensis strain H4/2/4 and H8/2/1) was demonstrated for the first time. Phytochelatins may detoxify metal ions by a thiolat-coordination, therefore a complexation or detoxification of Cd(II) by PC2 in the H. lugdunensis strains can be possible. Furthermore in the strains of H. lugdunensis a chelation of Cd(II) by metallothioneine is conceivable. Besides the synthesis of PC2 and MT the content of glutathione increased under Cd(II) stress. Glutathione could function as a precursor in the PC-synthesis.