Tony Fagerberg
Direkt upptag av proteiner gynnar tillväxten av giftiga alger
”…allt vatten i floden förvandlades till blod. Och fiskarna i floden dogo, och floden blev
stinkande, så att egyptierna icke kunde dricka vatten ifrån floden”.
I det här bibliska citatet kan man finna likheter med vad som idag är mer känt som ”Red
Tides”. Red Tides översätts ofta med giftiga algblomningar och är resultatet av en explosiv
tillväxt av små encelliga alger ur gruppen dinoflagellater. Dessa alger innehåller ett pigment
som ger algerna deras karaktäristiska röda färg. Vissa dinoflagellater är extremt giftiga och en
blomning av sådana arter kan vara katastrofala för både ekosystemet och ekonomin i områden
där de förekommer. En viktig faktor som styr dynamiken i sådana algblomningar är tillgången
på näring.
Förr ansåg man att encelliga alger endast kunde utnyttja de minsta former av näringsämnen
för tillväxt och fortplantning. Detta berodde främst på att stora molekyler då inte ansågs
kunna passera algernas cellmembran passivt. Men nu på senare tid har man funnit bevis för att
några dinoflagellater faktiskt kan ta upp stora molekyler med hjälp av en okänd aktiv process.
Proteiner är stora kväverika molekyler och eftersom kväve ofta begränsar tillväxten i havet,
borde dessa i teorin vara en intressant näringskälla för dinoflagellater om de kan ta upp dem.
Syftet med den här studien var att undersöka om och hur en av de giftigaste dinoflagellater
vi känner till, Alexandrium minutum, tar upp proteiner samt om algernas tillväxt gynnas av
kvävet i proteinerna. Proteinet BSA (Bovin Serum Albumin) markerades med två markörer;
en fluorescerande (självlysande) molekyl och en guldpartikel. Proteinupptag undersöktes med
hjälp fluorescerande proteinet i ett epifluorescens-mikroskop. Mekanismen bakom upptaget
av proteiner undersöktes med hjälp av guld-protein komplexet i ett elektronmikroskop. Då jag
även ville veta om proteiner gynnar tillväxten av A. minutum, gjorde jag även ett
tillväxtförsök med rent (okopplat) BSA.
Resultaten visar områden med lysande material i cellerna som indikerar på att proteinerna
tas upp av algerna. Då jag endast fann självlysande material i levande men inte i döda celler,
ses upptaget som en aktiv process. Hur algerna gör när de tar upp proteinet förblir ett
mysterium då inget guld upptäcktes någonstans i cellerna i elektronmikroskopet.
Tillväxtförsöket visar tydligt att algkulturer som fick växa med proteiner växte avsevärt bättre
än algkulturer som växte utan proteintillskott. Detta talar om för oss att A. minutum inte bara
tar upp proteinerna utan också använder dem som en direkt kvävekälla.
Algkulturerna som användes i experimenten var inte helt bakteriefria och andra studier har
visat att bakterier kan bryta ned proteiner till mindre fraktioner. I mitt examensarbete
argumenterar jag för att några av de självlysande partiklarna jag fann i algerna är hela
proteiner och inte bara fragment. Detta eftersom upptaget av självlysande material var mycket
snabbt i ett av experimenten (lysande material i 90 % av algerna efter bara 5 minuter). Mitt
argument är att det är högst osannolikt att bakterierna hinner bryta ned så mycket protein på
så kort tid att alla självlysande ämnen i cellerna utgörs av fragment.
Slutsatsen i det här examensarbetet är att proteiner kan gynna, och kanske även utlösa, en
giftig algblomning genom ett direkt aktivt upptag.
Handledare: Dr. Per Carlsson
Examensarbete i Marinbiologi. Vt 2004
Campus Helsingborg, Lunds Universitet
ABSTRACT
Dissolved organic matter (DOM) in seawater contain several components that may be beneficial as a
nutrient source to the lower trophic levels of marine ecosystems, if they can utilize them. Previous
studies show that DOM indeed does promotes growth of phytoplankton in coastal ecosystems. Some
dinoflagellate species are known to respond positively to such enrichment experiments and there are
also evidence for direct uptake of larger molecules of DOM previously thought to be too large to pass
the dinoflagellate cell membrane. In this study I investigate the possibility of direct macromolecular
protein uptake in Alexandrium minutum, a causative agent of paralytic shellfish poisoning (PSP).
Proteins and combined amino acids are some of the many constituents of the complex DOM pool, and
because of their relative high nitrogen levels they would, in theory, be of high nutritional value to
phytoplankton, especially in nitrogen deprived waters. Growth of A. minutum in protein enriched
cultures was investigated along with uptake of fluorescent bovine serum albumin (BSA), a high
molecular weight protein. The mechanism behind macromolecule uptake was also examined in a
transmission electron microscope but was not confirmed. Protein enrichment significantly increased A.
minutum cell numbers compared to controls and cells with fluorescent vacuoles were clearly visible
under a fluorescent microscope. These findings suggest that protein may contribute directly to the
nitrogen demand of this species. However, some bacteria where probably present during this study and
may therefore have caused protein degradation into dissolved combined amino acids that may have
been ingested by the cells as well. Since heavy rainfalls are known to wash large amounts of DOM out
to sea and trigger outbreaks of toxic dinoflagellate blooms (red tides), the results from this study
suggest that proteins in the DOM pool may enhance, or even trigger such blooms in nitrogen deprived
waters.
