Plantecellen
PHIME – et nyt EU-projekt om tungmetallers betydning for folkesundheden
Nogle tungmetaller som jern og zink er livsnødvendige næringsstoffer for levende organismer, men overdosis er skadelig. Andre tungmetaller kan være skadelige selv i meget lave koncentrationer, og ophobning af f.eks. cadmium og bly i landbrugsjord og fødekæder volder bekymring. Planters evne til at optage og transportere metaller spiller en meget vigtig rolle i tungmetallernes kredsløb.
Af Inga C. Bach, Planteforskning.dk
Et omfattende EU-forskningsprojekt har til formål at kortlægge og forebygge tungmetallers potentielle skadelige effekter hos mennesker. Projektets akronym PHIME står for ”Public health impact of long-term, low-level mixed element exposure in susceptible population strata”. Den danske del af PHIME projektet omfatter primært studier af planters mekanismer til at optage og akkumulere giftige og essentielle metaller.
Det femårige PHIME-projekt koordineres af Staffan Skerfving fra Lund Universitet i Sverige og har deltagere fra næsten alle EU-lande. Også forskere fra Kroatien, Schweiz, USA, Kina, Bangladesh og Seychellerne deltager. Fra Danmark deltager forskere fra Den Kgl. Veterinær og Landbohøjskole (KVL), Syddansk Universitet (SDU) og Danmarks JordbrugsForskning (DJF).
Ladede molekyler (ioner) kan ikke passere plantecellernes membraner ved egen hjælp, og når planter optager mineraler fra jorden, benytter de sig derfor af særlige transportsystemer. Positivt eller negativt ladede ioner i jordvæsken transporteres ind i plantens rødder og rundt i planten ved hjælp af biologiske pumper. De er primært opbygget af proteiner og er placeret i cellernes membransystemer.
Biologiske pumper er de mindste maskiner, som naturen har skabt, og for at studere dem kræves avancerede molekylærbiologiske teknikker. En pumpe er ca. 10 nanometer bred (100 Å). Dvs. at der kan stå 100.000 ved siden af hinanden på en millimeter.
Ved Institut for Plantebiologi, KVL, vil man isolere de biologiske pumper, der kontrollerer mineralindholdet i kornkerners frøhvide og er med til at rense frøhviden for cadmium og andre skadelige tungmetaller. Ved hjælp af en særlig mikroskopiteknik, som betegnes tofoton laser konfokalmikroskopi, kan pumperne studeres i intakte celler i levende planter. Kontakt Michael G. Palmgren, Lone Bækgaard eller Annette Møller.
For at følge optagelse og transport af tungmetaller rundt i planter, er det nødvendigt at måle koncentrationen i specifikke dele af planterne. Tungmetallerne findes i meget lave koncentrationer, og derfor kræves meget følsomme og nøjagtige målemetoder.
Ved Institut for Jordbrugsvidenskab, KVL, vil der blive udviklet avancerede metoder til at måle indholdet af tungmetaller i de forskellige typer af celler, der opbygger og omgiver frøet. Når cellesaft isoleret fra enkelte celler i kerner af korn opvarmes til over 3000°C, opløses de enkelte molekyler og der dannes en plasma, hvor atomerne flyder rundt mellem hinanden. Ved hjælp af en teknik, som kaldes Induktivt koblet plasma (ICP) massespektometri kan atomerne i plasma identificeres med meget stor nøjagtighed i selv ekstremt små prøver. Kontakt Jan K. Schjørring eller Søren Husted.
Der forventes at være mange gener involveret i planters optagelse og transport af metaller, men kun få af dem er kendt. Nogle af de involverede gener koder for proteiner, som de biologiske pumper er bygget af, mens andre koder for regulatoriske proteiner og er med til at regulere antal og aktivitet af biologiske pumper mm. En gener, som er involveret i transport af metaller, er blevet identificeret, men man ved meget lidt om deres funktion.
Forskerne ved Afdeling for Genetik og Bioteknologi, DJF, anvender byg som modelplante til undersøgelser af genetiske og molekylære mekanismer, der er involveret i transport og lagring af metaller i planters frø.
Ved hjælp af DNA-chips (microarrayteknologi) vil tusindvis af geners aktivitet blive undersøgt samtidigt. Et særligt mikroskop, som er udstyret med en laser skal anvendes til at isolere netop de celler, som er involveret i transport af metaller ind i frøhviden. Herefter undersøges genekspressionen i disse celler med henblik på at identificere de gener, som spiller en rolle for transporten. Kontakt Preben Bach Holm, Søren Borg eller Henrik Brinch-Pedersen.
Laser capture mikroskop til udpreparering af enkelte celler.
Med et nøje kendskab til de gener, som medvirker til transport af metaller, forventes det, at kan man udvikle afgrødeplanter, der producerer sundere frø. Målet er at reducere transporten af giftige metaller, f.eks. cadmium, og øge transporten af livsnødvendige metaller som zink og jern til de spiselige dele af frøene. Udvikling af de nye afgrødeplanter kan ske enten ved hjælp af konventionel forædling, hvor eksisterende gener kombineres på nye måder eller ved genetisk modifikation, hvor specifikke gener kan nedreguleres eller nye gener kan sættes ind.
Danske forskere bidrager også til PHIME-projektet med humanbiologiske studier. En større epidemiologisk undersøgelse gennemføres ved SDU i samarbejde med Odense Universitetshospital. Undersøgelsen skal kortlægge den skadelige indflydelse af tungmetaller på menneskers helbred. Kontakt Philippe Grandjean.
PHIME-projektet støttes af EU’s sjette rammeprogram med 13 millioner euro, og incl. bidragene fra projektets 31 partnere bliver det totale budget på næsten 26 millioner euro.
Links:
Projektets hjemmeside: http://www.phime.org/