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Schwermetallhaushalt, Dr. Ute Krämer
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Schwermetallhaushalt, Dr. Ute Krämer

Alle Lebewesen sind aus einer Vielfalt organischer Makromoleküle aufgebaut, die größtenteils die Elemente Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Schwefel enthalten. Zum Aufbau und zur Umwandlung dieser Makromoleküle sind die Lebewesen jedoch auf die besonderen chemischen Eigenschaften metallischer Elemente, wie z. B. Eisen, Zink oder Kupfer angewiesen. Jeder Organismus muss ausreichende Mengen dieser essentiellen Mikronährstoffe aufnehmen und dem Bedarf entsprechend verteilen. Die besonderen chemischen Eigenschaften dieser Elemente – nämlich die katalytischen Fähigkeiten und die starke Bindung organischer Moleküle – können jedoch schädlich wirken, wenn diese Elemente im Organismus im Überschuss vorhanden sind oder an der falschen Stelle akkumuliert werden. Zusätzlich gibt es nicht-essentielle Elemente, die den essentiellen Mikronährstoffen chemisch ähnlich sind und daher „versehentlich” aufgenommen und akkumuliert werden können, z.B. Cadmium oder Blei. Diese müssen vom Organismus entgiftet werden.




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Die Arbeitsgruppe um Dr. Ute Krämer beschäftigt sich mit dem Haushalt essentieller Mikronährstoffe und chemisch ähnlicher toxischer Metalle in Pflanzen. Pflanzliche Produkte sind ein wesentlicher Weg für essentielle und toxische Metallionen in die Nahrungskette. Eisenmangel, Zinkmangel, aber auch die Kontamination pflanzlicher Produkte mit Cadmium oder Blei stellen heutzutage weltweit bedeutende Bedrohungen für die menschliche Gesundheit dar. Ein besseres Verständnis des pflanzlichen Metallhaushaltes könnte langfristig dazu beitragen, gesündere landwirtschaftliche Produkte zu erzeugen oder mit Metallen verseuchte Böden zu reinigen.

Innerhalb des Pflanzenreiches besteht eine enorme natürliche Vielfalt in Effizienz und Ausmaß von Metallaufnahme, Metallnutzung und Metalltoleranz. Wir bedienen uns gezielt dieser Vielfalt, um durch einen vergleichenden Ansatz Mechanismen des pflanzlichen Metallhaushalts auf molekularer Ebene aufzuklären. Genetische und molekulargenetische Methoden helfen dabei, Unterschiede im Metallhaushalt verschiedener Pflanzen – z.B. bezüglich der Metalltoleranz – auf molekularer Ebene aufzuklären. Unsere hauptsächlichen Modellorganismen sind die Modellpflanze Arabidopsis thaliana und die nahe verwandte Zink- und Cadmium-tolerante Arabidopsis halleri, die spezifisch in ihren Blättern extrem hohe Zink-Konzentrationen akkumuliert. Diese so genannte „Zink-Hyperakkumulatorpflanze” kommt auf stark mit Metallen kontaminierten Böden vor, z.B. an den Ufern der Harzflüsse. Als Modell für einige landwirtschaftlich bedeutsame Pflanzen wie Weizen und Reis werden wir demnächst nahe Verwandte, Landrassen und Kulturformen der Gerste in unsere Arbeiten mit einbeziehen.

In unseren Arbeiten wenden wir eine Kombination verschiedener methodischer Ansätze an, u.a. Transkriptprofilmessung mittels Mikroarray-Chips, quantitative Echtzeit-PCR, rückwärts gerichtete Gentik, Kosegregationsanalysen, Elementanalysen mittels induktiv-gekoppelter Atom-Emissions-Spektrometrie sowie physiologische, biochemische, elektrophysiologische und zellbiologische Methoden.




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