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Freitag, 21.07.2017
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Genetischer Fingerabdruck entlarvt „Papierfresser“

Neues Verfahren identifiziert Papier zersetzende Mikroben

Der Zahn der Zeit, der an historisch wertvollen Schriftstücken nagt, lässt sich im Allgemeinen leicht benennen: Mikroorganismen wie etwa Pilze setzen sich bei günstigen Bedingungen fest und zersetzen langsam das Dokument. Herkömmliche Methoden um diese Pilze genau zu identifizieren, sind zu aufwändig und zu ungenau. Forscher der Universität Wien haben nun ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Pilzarten anhand ihrer DNA schnell und eindeutig klassifizieren lassen.
Pilzbefall auf einer historischen Schrift

Pilzbefall auf einer historischen Schrift

Dabei macht sich das Team um Guadalupe Pinar vom Department für Medizinische und Pharmazeutische Chemie eine Besonderheit im Erbgut vieler Pilzarten zu Nutze: Ein als ITS1 bezeichneter DNA-Abschnitt weist von Art zu Art enorme Unterschiede in der Sequenz der DNA-Basenpaare auf.

Multiple Mutationen


"Der ITS1-Abschnitt unterliegt häufig spontanen Mutationen. Da dieser DNA-Abschnitt jedoch keine erkennbare Funktion im Pilzgenom aufweist und nicht unmittelbar zur Überlebensfähigkeit einer Pilzart beiträgt, sind diese Spontanmutationen nicht weiter nachteilig. Jede Pilz-Art hat damit allerdings ihren typischen ITS1-Abschnitt und somit eine ganz individuelle Kennung", erläutert Pinar den Ursprung dieser Unterscheidungsmerkmale.

Damit diese Sequenzunterschiede analysiert werden können, werden aber - für molekularbiologische Verhältnisse - große Mengen an DNA benötigt. Die kann man zwar dadurch gewinnen, dass große Mengen des Ausgangsmaterials verwendet werden - bei historischen Dokumenten verbietet sich diese Möglichkeit jedoch.

Den Wissenschaftlern gelang es nun mittels modernster Methoden, die benötigte DNA in ausreichenden Mengen herzustellen. Dazu erläutert die Diplom-Biologin Astrid Michaelsen, Teampartnerin von Pinar: "Wir verwenden die Polymerase Chain-Reaktion, ein hoch effizientes Verfahren, um einzelne DNA-Abschnitte zu vervielfältigen. So können wir ITS1-Fragmente in großer Menge und in hoher Reinheit herstellen, selbst wenn wir nur sehr kleine Mengen an Pilzmaterial für die DNA-Extraktion zur Verfügung haben. Das erlaubt die bereits in Mitleidenschaft gezogenen Dokumente größtmöglich zu schonen."

Spannende Ergebnisse


Werden genügend ITS1-Fragmente erzeugt, kann die eigentliche DNA-Analyse erfolgen: Bei der als Denaturing Gradient Gel Electrophoresis bezeichneten Analyse werden die ITS1-Fragmente in ein unter elektrischer Spannung stehendes Gel gegeben. Je nach Mutationen legen die ITS1-Proben in diesem Spannungsfeld unterschiedlich weite Wegstrecken zurück, die für jede Pilzart charakteristisch sind. Schon ein Austausch von einem Basenpaar resultiert in Unterschieden, die ein exaktes Bestimmen der Pilzart zulassen.


Die nun entwickelte Methode bietet tatsächlich noch einen weiteren Vorteil gegenüber traditionellen Methoden: Selbst nicht mehr lebensfähige Pilze können als Ausgangsmaterial dienen. Dazu Michaelsen: "Gerade auf Papier ist zu beobachten, dass Pilze nach etwa 20 Jahren nicht mehr aktiv sind. Die DNA, das Ausgangsmaterial für unsere Methode, kann aber auch aus solchem Material isoliert werden. Es können also mit unserer Methode auch Dokumentenproben untersucht werden, auf denen der Pilz zwar inaktiv ist, aber der Zersetzungsprozess sich trotzdem fortsetzt. Traditionelle Methoden scheitern hier, da sie auf die Vermehrung lebensfähiger Pilze angewiesen sind."

Die Ergebnisse dieses vom Wissenschaftsfonds FWF unterstützten Projekts erlauben es nun, je nach Pilzart individuell geeignete Restaurierungs- und Pflegemaßnahmen in Zusammenarbeit mit dem "Istituto Centrale per la Patologia del Libro" in Rom zu entwickeln, das auch die historischen Proben zur Verfügung stellt. So kann der Erhalt wichtiger Kulturgüter für zukünftige Generationen optimal gesichert werden.
(Wissenschaftsfonds FWF / Universität Wien, 17.01.2006 - DLO)
 
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