Anwendungen der Marine Biotechnologie

Einige der wichtigsten Anwendungen der Aquakultur / Meeresbiotechnologie sind folgende:

Aquakultur:

Die Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation (FAO) definiert Aquakultur als „Kultur von Wasserorganismen, einschließlich Fischen, Weichtieren, Krebstieren und Wasserpflanzen. Kultur impliziert eine Form des Eingriffs in den Aufzuchtprozess, um die Produktion zu verbessern - einschließlich Lagerung, Fütterung, Schutz vor Raubtieren usw.

Kultur bedeutet auch, dass die zu kultivierenden Bestände einzeln oder von Unternehmen in Besitz genommen werden. “ Vereinfacht gesagt bedeutet Aquakultur, die Produktion von Wasserwesen zu manipulieren und zu verbessern. Diese Praxis hat erhebliche Auswirkungen auf die Meeresfrüchteindustrie.

Die weltweite Nachfrage nach Meeresfrüchten wird in den nächsten fünfunddreißig Jahren um siebzig Prozent steigen. Und da die Ernte von Meeresfrüchten aus der Fischerei allmählich zurückgeht, ist die Branche in den nächsten Jahren von einem erheblichen Mangel bedroht.

Die Verwendung moderner biotechnologischer Instrumente zur Aufzucht und Steigerung der Produktion von Wasserarten kann nicht nur dazu beitragen, den globalen Bedarf an Meeresfrüchten zu decken, sondern auch die Aquakultur-Landwirtschaft per se zu verbessern. Diese Techniken verbessern auch die Gesundheit, Fortpflanzung, Entwicklung und das Wachstum von Wasserorganismen und fördern somit die interdisziplinäre Entwicklung umweltempfindlicher und nachhaltiger Systeme. Dies wiederum wird zu einer erheblichen Kommerzialisierung der Aquakultur führen.

Transgen:

Transgene Fische:

Die konventionelle Fischzucht basiert auf der Auswahl der Fischbrut, um die wünschenswerten Eigenschaften des Fisches zu verbessern. Dieser Prozess ist jedoch langsam und unvorhersehbar. Neue molekulare Werkzeuge sind viel effizienter, um die für die erwünschten Merkmale verantwortlichen Gene zu identifizieren, zu isolieren und zu konstruieren und anschließend in die Brut zu übertragen.

Die Produktion von transgenen Fischen ist tatsächlich viel einfacher als die Produktion anderer transgener Säugetiere. Dies liegt daran, dass Fische eine große Anzahl von Eiern (von mehreren Dutzend bis zu mehreren Tausend) produzieren, wodurch große Mengen an genetisch einheitlichem Material für Experimente erzeugt werden können.

Zum Beispiel produziert der Zebrafisch (Brachydanio rerio) 1.500.400 Eier, Atlantischen Lachs (Salmo salar) 500.015.000 und der Karpfen (Cyprinus carpio) mehr als 1.000.000 Eier. Darüber hinaus erfordert der Prozess keine Manipulation, sobald die Gene durch Fischeier übertragen wurden. Die Aufrechterhaltung einer Fischbrutstätte ist daher insbesondere im Vergleich zur befruchteten Säugetierumwandlung nicht sehr teuer.

Krankheitsresistenz:

Die Molekularbiologie liefert wertvolle Informationen über Lebenszyklen und Mechanismen der Pathogenese, Antibiotikaresistenz und Krankheitsübertragung. Diese Informationen können unser Verständnis der Wirtsimmunität, der Resistenz, der Anfälligkeit für Krankheiten und der damit verbundenen Krankheitserreger verbessern.

Ein solches Verständnis ist für die Schifffahrtsindustrie von großer Bedeutung. Beispielsweise belasten die Hochdichte-Kulturbedingungen der Aquakultur die Fische sehr und machen sie extrem anfällig für Infektionen. Ein derartiger großer Ausbruch fordert den gesamten landwirtschaftlichen Betrieb stark und verursacht erhebliche Verluste für die Industrie. Dies kann durch die Entwicklung robuster Fischstämme vermieden werden, die einer Vielzahl von Krankheiten standhalten.

Die moderne Wissenschaft bietet enorme Möglichkeiten, die Gesundheit und das Wohlbefinden kultivierter Wasserorganismen zu verbessern und die Übertragung von Krankheiten aus Wildbeständen zu reduzieren. Es wurden verschiedene transgene Ansätze verwendet, um die Fähigkeit zur Resistenz gegen Krankheiten bei Fischen zu verbessern. Antisense- und Ribozym-Technologien werden verwendet, um die virale RNA zu neutralisieren oder zu zerstören. Beispielsweise verursacht das hämatopoetische Nekrose-Virus (HNV) eine schwere Mortalität bei Salmoniden, und die Neutralisierung dieses Virus kann das Salmonidenwachstum verbessern.

Eine andere Methode besteht darin, die viralen Hüllproteine ​​(wie das 66 kDa G-Protein von HNV) in der Wirtsmembran zu exprimieren. Dies führt zur Bindung an die Rezeptor-Bindungsstellen und konkurriert somit mit den viralen Bindungsstellen, wodurch das Eindringen von Viren minimiert wird. Joann Leong und seine Gruppe an der Oregon State University haben über diese Studie berichtet.

Die wirksamste Methode zur Bekämpfung einer Infektionskrankheit besteht jedoch darin, das eigene Immunsystem des Wirts durch die Expression antimikrobieller und antibakterieller Substanzen zu stärken. Antibakterielle Peptide wie Maganine und Lysozym werden getestet, um die Abwehrreaktion des Wirts gegen ein breites Spektrum von Pathogenen zu verstärken.

Die Reverse Transkriptase-Polymerase-Kettenreaktion (RT-PCR) hat es ermöglicht, aquatische Birnaviren zu identifizieren und nachzuweisen. Diese Viren bilden die größte und vielfältigste Gruppe innerhalb der Familie Birnaviridae, zu der Viren aus zahlreichen Fischarten und Wirbellosen gehören.

Viele dieser Arten verursachen Krankheiten sowohl in kultivierten als auch in wilden Süßwasser- und Meerestieren. Der RT-PCR-Test ist ein schneller und zuverlässiger Ersatz für Zellkulturmethoden zum Nachweis von Krankheitserregern bei Fischen wie dem Pankreasnekrosevirus. Es kann auch die Vorbeugung und Bekämpfung von Fischkrankheiten verbessern.

Eine weitere bedeutende Anwendung der Meeresbiotechnologie wurde an der University of California gesehen, wo Forscher die Ursache einer hochansteckenden und tödlichen Krankheit entschlüsselt haben, die die Aquakultur des weißen Störs plagt. Mithilfe von Genmanipulationen haben diese Wissenschaftler Protokolle entwickelt, um das Vorhandensein des weißen Strugeon-Iridovirus zu ermitteln, das zur Entwicklung krankheitsfreier Zuchtbestände beitragen wird.

Frostbeständige Fische:

Rekombinante Techniken können verwendet werden, um ein Frostschutzprotein (AFP) -Gen zu übertragen, um den verschiedenen Spezies Frostschutz zu verleihen. AFPs werden von mehreren Kaltwasser-Meerestieren (z. B. Winterflunder, Meeresschmier, Seerabe, Kurzhorn) produziert. Diese Proteine ​​verhindern die Bildung von Eiskristallen im Blut und schützen somit die Fische vor dem Einfrieren.

Leider tragen viele kommerziell wichtige Fische wie der Atlantische Lachs solche Gene nicht und können daher Temperaturen unter null nicht überleben. Die Entwicklung eines transgenen Atlantischen Lachses durch Hinzufügen dieses Gens kann für die Fischindustrie äußerst fruchtbar sein. Es wurde auch berichtet, dass AFPs Schweineoozyten einen Hypothermie-Schutz verleihen, und es kann für den Kälteschutz nützlich sein. Transgene Goldfische mit dem AFP-Gen überleben auch bei niedrigen Temperaturen besser.

Wachstumsrate :

Durch genetische Manipulationen kann die Wachstumsrate in der Fischkultur erheblich gesteigert werden. Eine Methode ist die Mikroinjektion von Wachstumshormon-Genen in befruchtete Lachseier. Dies hat ihre Wachstumsraten um dreißig bis sechzig Prozent beschleunigt. Durch das frühzeitige Einfügen einer zusätzlichen Kopie des Wachstumshormon-Gens in einen Fischembryo (Tilapia) konnte die Wachstumsrate um das Fünffache gesteigert werden.

Reproduktion :

Die Reproduktion ist ein wichtiges Thema für die Fischaquakultur. Wenn die Fische reifen, verlangsamt sich ihre Wachstumsrate und die Qualität des Fleisches nimmt ab. Biotechnologische Methoden zur Unterdrückung des Reifungsprozesses könnten vorteilhaft eingesetzt werden, um die Qualität solcher Fische zu erhalten. Diese Techniken können auch verwendet werden, um die Fortpflanzung einiger Fischarten zu regulieren, indem nicht reproduktive (sterile) Arten entwickelt werden.

Solche Arten haben einen enormen kommerziellen Wert, da mono-sexuelle Organismen oder sterilisierte Arten kein Risiko einer Interaktion zwischen Farm und Wild mit sich bringen. Diese Arten ermöglichen auch die Rekonstruktion von Beständen konservierter Spermien und stellen Genmarker für die Bestandsidentifizierung bereit. Somit helfen diese Techniken bei der Erhaltung der Wildressourcen.

Die Forscher haben auch Techniken entwickelt, um modifizierte Viruspartikel (retrovirale Vektoren) einzusetzen, um das Gen eines marinen Invertebraten zu verändern. Dies ist die erste Anwendung der Molekularbiologie, bei der die Veränderung der DNA in einem Meeresorganismus gezeigt wurde. Es ist jetzt möglich, die Zwerg-Surfmuschel mit einer neuen viralen Hülle genetisch zu verändern, wodurch der Vektor in nahezu jede Art von Zelle eindringen kann.

Bei anderen wichtigen Fortschritten haben Wissenschaftler ein "Reportergen" in Vektoren umgesetzt. Dieses Reporter-Gen veranlasst das befruchtete Surfclam-Ei, eine blaue Farbe zu geben, was auf eine Genimplantation hindeutet.

Diese Arbeit soll ein neues Instrument zur Bekämpfung von Krankheiten darstellen, die kommerzielle Bestände an Austern, Muscheln und Abalonen angreifen. Sobald die Gene, die für den Schutz kultivierter Schalentiere vor Krankheiten verantwortlich sind, identifiziert wurden, können retrovirale Vektoren verwendet werden, um diese Schutzgene direkt in den Brutbestand zu transportieren.

Techniken wie die Elektroporation sind bei der Einführung von Fremd-DNA in Abalone (Fisch) -Embryonen wirksam. Wissenschaftler der University of Minnesota haben erfolgreich genetische Isolatorsequenzen (gewonnen aus Hühner- und Fruchtfliegen-DNA) in Fischen verwendet und Gencontroller entdeckt, die sich am besten für die Aktivierung fremder Gene eignen.

Erhaltung:

Molekulare Werkzeuge können verwendet werden, um wichtige aquatische Keimplasma einschließlich vieler bedrohter Arten zu identifizieren und zu charakterisieren. Diese Hilfsmittel haben es ermöglicht, die Genome vieler Wasserarten zu analysieren. Sie haben uns auch dabei geholfen, die molekularen Grundlagen der Genregulation, Expression und Geschlechtsbestimmung zu verstehen. Dies kann die Methodik zur Definition von Arten, Beständen und Populationen verbessern.

Zu diesen molekularen Ansätzen gehören:

1. Entwicklung von markergestützten Selektionstechnologien

2. Verbesserung der Präzision und Effizienz transgener Techniken

3. DNA-Fingerprinting, um den Polymorphismus in Fischbeständen zu kennen

4. Verbesserung der Technologien zur Kryokonservierung von Gameten und Embryonen

Diese Techniken können uns dabei helfen, die Biodiversität der natürlichen Ökosysteme zu erhalten. Mit biotechnologischen Instrumenten können auch hormonelle Protokolle entwickelt werden, die das Laichen von wirtschaftlich wichtigen Fischen wie Atlantiklachs, entblößtem Barsch, Flunder, Goldbrasse, Seebarsch und einigen tropischen Meerestieren kontrollieren.

Algen und ihre Produkte:

Algen sind Meeresalgen (Makroalgen), die in der Meeresumgebung vorkommen. Dies sind Meerwasserpflanzen, denen echte Stiele, Wurzeln und Blätter fehlen. Genau wie Landpflanzen verfügen auch Algen über photosynthetische Maschinen und nutzen Sonnenlicht, um aus Kohlendioxid und Wasser Nahrung und Sauerstoff zu erzeugen. Die meisten Algen sind rot (5500 Zinn), braun (2000 Zinn) oder grün (1200 Zentimeter).

Meeresalgen sind eine reichhaltige Nahrungsquelle, Futtermittel und eine Vielzahl industriell wichtiger chemischer Verbindungen. In der Tat ist Seetang eine Milliarden-Dollar-Industrie. Der am meisten geschätzte Seetang ist die Rotalge Porphyra oder Nori, die weltweit eine der wichtigsten Nahrungsquellen für Menschen ist. Seine weltweite Produktion beläuft sich auf rund vierzehn Milliarden Bogen und wird jährlich auf rund 1, 8 Milliarden US-Dollar geschätzt.

Die anderen essbaren Algen sind Gracilaria, Undaria, Laminaria und Caulerpa. Industriell wichtige Meeresalgen für Carrageenane umfassen Arten wie Chondrus, Eucheuma und Kappaphycus, Alginate (Ascophyllum, Laminaria, Macrocystis) und Agar-Agar (Geledium und Gracilaria). Diese wichtigen Polysaccharide, auch Phycocolloides genannt, gelten weltweit als harmlos.

Agar-Agar:

Agar wird üblicherweise aus roten Unkräutern wie Gelidium und Gracilaria gewonnen. Agar enthält zwei wichtige Komponenten - Agarose und Agropectin, die die Agarverbindungen für die Papierherstellung, Kulturmedien, die Konservierung von Lebensmitteln sowie die Verpackungs-, Leder-, Milch- und Kosmetikindustrie äußerst nützlich machen.

Carrageenan's:

Carrageenans werden üblicherweise aus Eucheuma und Chondrus-Arten gewonnen. Verschiedene Formen von Carrageenans werden als Kappa, Lambda, Iota, MU und Epsilon bezeichnet. Fast 20 Prozent der Carrageenan-Produktion werden von der Kosmetik- und Pharmaindustrie als Stabilisatoren für Emulsionen verwendet. Carrageenane werden auch in diätetischen Lebensmitteln wie stärkefreien Desserts, Salatsaucen, Gelees, Marmeladen, Sirupen und Pudding-Saucen verwendet.

Alginate:

Alginate sind Salze von Natrium-, Calcium- oder Kaliumalginat und werden in einer Vielzahl von Produkten verwendet. Alginsäure wird üblicherweise aus Laminaria, Ecklonia und Macrocystis gewonnen. Alginate werden als Emulgatoren und Emulsionsstabilisatoren in Cremes und Lotionen verwendet. Natriumalginat wirkt als Schmiermittel in Seifen und Rasiercremes. Alginate werden auch zur Verkapselung von Mikroben, pflanzlichen und tierischen Zellen verwendet, die als Metabolitenproduzenten oder Biokonverter verwendet werden.

Therapeutika:

Die breite Anwendung von Algenextrakten in der Kosmetikindustrie hat zur "Thalassotherapie" geführt, bei der Algen und ihre Extrakte als Therapeutika verwendet werden. Bei der Thalassotherapie werden Meerwasser und Algen verwendet, um auf die Körperzellen zu wirken, um den pH-Wert der Haut zu entgiften und gleichzeitig den pH-Wert auszugleichen.

Die für diese Therapie verwendeten Meeresalgen umfassen Laminaria digitata, die reich an Vitaminen A, E, C und B, Aminosäuren, Hormonen und Jod ist. Es erhöht die Stoffwechselrate und regt außerdem den Sauerstoffverbrauch in den Zellen an und verringert die Wärmeproduktion.

Andere Verbindungen aus Meeresalgen umfassen Terpene, Aminosäuren, Phenole, Pyrrolverbindungen, Arsenzucker, Sterole (wie Fucosterol), Farbstoffe (wie Phycoerthrine aus Rotalgen und Hine aus Braunalgen) und Aminosäuren (wie Chondrin, Gigartinin, Kainsäure oder β- Carotin) auch von enormem Wert. Spirulina, die blaugrünen Bakterien (Cynobakterien) und Ascophyllum nodosum können effektiv als Diäthilfsmittel, allgemeine Tonika und Verjüngungsmittel eingesetzt werden.

Einige der sulfatierten Polysaccharide aus roten, grünen und braunen Algen haben auch gerinnungshemmende Eigenschaften gefunden. Dazu gehören Proteoglykane von Codium fragile sp. atlanticum und lambda-carrageenan und carrageenan von grateloupia dichotoma. Diese Verbindungen zeigen ähnliche Eigenschaften wie das Heparin, das in Säugetiergeweben gefunden wird, was bei der Blutgerinnung hilft. Diese Extrakte stellen eine ausgezeichnete Alternative zu Heparin dar, das zur Verhinderung von Koronarthrombose verwendet wird.

Einige sulfatierte Polysaccharide haben auch antivirale Eigenschaften. Carrageenan wurde verwendet, um das Herpes Simplex Virus (HSV) zu hemmen. Kürzlich hat sich gezeigt, dass Carrageenan auch das Human Immunodeficiency Virus (HIV) hemmt, indem es mit den HIV-infizierten Fusionszellen interferiert und anschließend das retrovirale Enzym Reverse Transkriptase inhibiert.

Viele andere Meeresalgen und ihre Produkte haben unmittelbare Vorteile für die menschliche Gesundheit. Beispielsweise sind Laminaria-Arten reich an Jod und können zur Herstellung von Diätgetränken und Massagecremes verwendet werden. In ähnlicher Weise ist Sargassum muticumm reich an Vitaminen E und K, Lithothamnion und Phymatolithon sind reich an Kalziumkarbonat und Spurenelementen. Molekulare Werkzeuge können dazu beitragen, diese Arten auszunutzen und wichtige Produkte daraus zu gewinnen.

Arzneimittel:

Biotechnologieforscher haben viele bioaktive Substanzen aus der Meeresumwelt isoliert, die ein großes Potenzial für die Behandlung verschiedener menschlicher Krankheiten haben. Die Verbindung "Manoalide" aus einem bestimmten Schwamm hat mehr als dreihundert chemische Analoga hervorgebracht, von denen viele klinische Studien als entzündungshemmende Mittel durchlaufen haben. Wissenschaftler haben auch mehrere Meeresmetaboliten identifiziert, die gegen den Malariaparasiten Plasmodium falciparum aktiv sind.

In einer Studie, die an der Universität von Hawaii durchgeführt wurde, haben Forscher über das Vorhandensein der komplexen Verbindung "Depsipeptid" berichtet. Kleine Mengen dieser Verbindung befinden sich in der Weichtiere Elysia rufescens und in der Alge, von der sie gefüttert wird. Depsipeptid ist gegen Tumoren der Lunge und des Dickdarms wirksam, und genetische Manipulationen der Molluske können ausreichende Mengen des Arzneimittels zum Testen erzeugen

Ein anderes Arzneimittel, das aus Meerespflanzen und wirbellosen Tieren gewonnen wird, ist "Pseudopterosin". Dieses neuartige Diterpenglycosid hemmt die Entzündung. Obwohl es derzeit in der Kosmetikindustrie weit verbreitet ist, wird erwartet, dass es nach klinischen Versuchen auch die Pharmaindustrie stürmen wird.

Es ist berichtet worden, dass der Bryozoan 'Bugula neritina', ein langsam wachsendes wirbelloses Meer, eine Quelle für ein potenzielles Medikament für Leukämie ist. Das Medikament ist in geringen Mengen im oder am Tier vorhanden. Da wirbellose Tiere in symbiotischer Beziehung mit dem Bakterium leben, synthetisiert das Bakterium das toxische Medikament, um Bryozoan gegen Raubtiere zu schützen, im Austausch für den Raum, auf dem es wachsen könnte.

Forscher der University of California versuchen zu beweisen, dass das Bakterium Arzneimittel in großen Mengen produzieren kann. Außerdem versuchen sie, Methoden für die Kultur des Bakteriums in großem Maßstab zu entwickeln. Es wird weiter erforscht, wie das Medikament isoliert werden kann.

Enzyme:

Viele Enzyme wurden auch aus Meeresbakterien isoliert. Diese Enzyme weisen einzigartige Eigenschaften auf, die es ihnen ermöglichen, in extremen Umgebungen am besten zu gedeihen. Einige dieser Enzyme sind hitze- und salzresistent, was sie für industrielle Prozesse nützlich macht. Schauen wir uns die Anwendbarkeit einiger dieser Enzyme an.

Die extrazellulären Proteasen können in Waschmitteln und für industrielle Reinigungsanwendungen wie der Reinigung von Umkehrosmosemembranen verwendet werden. 'Vibrio alginolyticus' produziert Proteasen, die sich als ungewöhnlich resistent gegen Waschmittel auszeichnen - die alkalische Serin-Exprotease. Dieser Meeresorganismus produziert auch das Enzym "Collagenase", das in der Industrie und im Handel vielfach eingesetzt wird.

Studien haben gezeigt, dass Algen ein einzigartiges Haloperoxidase-Enzym enthalten, das den Einbau von Halogen in Metaboliten katalysiert. Diese Enzyme sind äußerst nützlich, da die Halogenierung ein wichtiger Prozess in der chemischen Industrie ist.

Japanische Forscher haben auch Methoden entwickelt, um eine Meeresalge zur Erzeugung großer Mengen des Enzyms Superoxidase-Dismutat zu induzieren, das breite Anwendungen in der Medizin-, Kosmetik- und Lebensmittelindustrie findet. Thermostabile Enzyme haben einen zusätzlichen Vorteil in der Forschung und in industriellen Prozessen.

Zu den wichtigen thermostabilen DNA-modifizierenden Enzymen gehören Polymerasen, Ligasen und Restriktionsendonukleasen. Zum Beispiel war es ein Meeresorganismus, von dem das Enzym Taq. Polymerase wurde isoliert. Dieses thermostabile Enzym wurde zur Basis für die Polymerase-Kettenreaktion.

Forschungen der Rutgers University in New Jersey haben ein neuartiges Enzym "a-Galactosidase" aus "Thermotoga neapolitana" isoliert. Dieses Enzym hydrolysiert Melibiose-Oligomere. Diese Oligomere sind Hauptbestandteile von Soja und anderen Bohnenprodukten, die die Menge an Soja, die in Tierfutter aufgenommen werden kann, für Magen-Magertiere wie Schweine und Hühner begrenzen (da sie Oligomere nicht verdauen können). Daher kann Galatosidase verwendet werden, um Melibiose- und Proteaseinhibitoren aus den Sojaprodukten zu entfernen.

Wissenschaftler versuchen auch, DNA-Polymerasen (aus Bakterien) zu gewinnen, die die Effizienz biotechnologischer Prozesse bei der Replikation von DNA erhöhen. Sie untersuchen auch kältetolerante Enzyme aus sehr kalten Meeresumgebungen.

Die meisten Enzyme, die an den primären Stoffwechselwegen von thermophilen Bakterien beteiligt sind, sind thermostabiler als ihre bei moderaten Temperaturen vorhandenen. Eine detaillierte Untersuchung von Enzymen aus thermo philischen marinen Mikroorganismen kann wesentlich zum Verständnis der Mechanismen der Enzymstabilität beitragen und damit die Identifizierung von Enzymen ermöglichen, die für industrielle Anwendungen geeignet sind.

Biomoleküle:

Aktuelle Studien haben gezeigt, dass biochemische Prozesse im Meer genutzt werden können, um neue Biomaterialien herzustellen. Ein in Chicago ansässiges Unternehmen hat eine neue Klasse von biologisch abbaubaren Polymeren auf den Markt gebracht, die auf natürlichen Substanzen basieren und die organischen Matrizen von Muschelschalen bilden.

Die Mechanismen, die von Meeresdiatomeen, Coccolithophoriden, Weichtieren und anderen marinen Invertebraten genutzt werden, um ausgefeilte mineralisierte Strukturen zu erzeugen, sind auf der Nanometerskala (weniger als ein Milliardstel eines Meters) sehr aufregend.

Diese Strukturen im Nanometerbereich können das Verständnis für technische Prozesse zur Herstellung von Biokeramiken verbessern, die die Herstellung von medizinischen Implantaten, Automobilteilen, elektronischen Geräten, Schutzbeschichtungen und anderen neuartigen Produkten revolutionieren können.

Biologisch abbaubare Polymere:

Austernschalen bieten eine neue Quelle für synthetische, biologisch abbaubare Polymere mit einem breiten Spektrum nützlicher industrieller Eigenschaften. Diese Polymere werden für die Wasseraufbereitung und für landwirtschaftliche Anwendungen eingesetzt. Die Donlar Corporation aus Bed Ford Park, Illinois, hat geschätzt, dass der potenzielle Markt für solche Produkte Millionen von Dollar wert ist.

Mit dem natürlichen Frostschutzmittel aus der Winterflunder als Modell entwickeln Forscher auch synthetische Frostschutzpeptide, die biologisch abbaubar sind und die Vereisung von Flugzeugen, Autobahnen und landwirtschaftlichen Kulturen unter Kontrolle halten.

Bioremediation:

Die biologische Sanierung bietet ein großes Potenzial, um Probleme der Meeresumwelt und der Aquakultur anzugehen. Dieses Verfahren kann dazu beitragen, Ölverschmutzungen, den Transport giftiger Chemikalien von Land durch Auswaschung, die Beseitigung von Abwasser und chemischen Abfällen, die Wiedergewinnung von Mineralien wie Mangan und das Management der Aquakultur und der Verarbeitung von Meeresfrüchten zu verhindern.

Forscher der Louisiana State University, USA, haben traditionelle biotechnologische Ansätze entwickelt, um toxische Schadstoffe wie PCB (Polychlorobiphenyle), PAH und Kreosot zu metabolisieren. Sie waren auch erfolgreich bei der Biobehandlung und beim Recycling von gebrauchten Marineholz und Pfählen, die aus maritimen Anlagen wie Häfen und Erdölproduktionsstrukturen gewonnen wurden. Ihre Studien haben neue Wege für die Entfernung von Kreosot, Kupfer, Chrom, Arsen und anderen toxischen Verbindungen aus behandeltem Holz ergeben, um das Holzrecycling zu fördern.

Rekombinante Werkzeuge können auch verwendet werden, um pflanzliche und tierische Gene, die Metallothioneine (Metallbindungsproteine) produzieren, auf Meeresorganismen zu übertragen, um die Dekontamination von Wasser zu erleichtern. Die Wissenschaftler setzten das Hühnermetallothionein-Gen in eine einzellige Grünalge (Chlamydomonas reinhardtii) ein und berichteten, dass dies das Wachstum von Algen in mit Cadmium kontaminierten Gewässern begünstigte.

Wissenschaftler haben auch neue Bakterien entwickelt, die in der Nähe von einzelligen Organismen, den sogenannten Protozoen, fünfmal schneller Öl verdauen können. Da Protozoen umweltverschmutzende Bakterien fressen, ist davon auszugehen, dass deren Beseitigung möglicherweise die Abbauraten erhöhen würde. Es wurde vermutet, dass diese Protozoen wichtig für den biologischen Abbau sind. Die Forscher versuchen auch zu entschlüsseln, wie Protozoen Bakterien dazu veranlassen, die Kohlenwasserstoffe schneller aufzufressen.

Meeresorganismen wurden auch zum Nachweis von Herbizidkonzentrationen in Boden, Wasser und kontaminierten Standorten eingesetzt. Der entwickelte Assay basiert auf einem Cyno-Bakterium, das gentechnisch so konstruiert wurde, dass es das Lux-Gen in seinem Genom trägt.

Dieses Lux-Protein bewirkt eine Lichtemission in Gegenwart des chemischen Reagenzdodenkanals. In Gegenwart des Herbizids, das auf die photosynthetische Maschinerie wirkt, wird die Lichtemission der Cyanobakterien so verringert, dass sie auf die Konzentration des vorhandenen Herbizids gemessen und kalibriert werden kann.

Biotechnologische Werkzeuge können auch zur Wiederherstellung einer beschädigten Umgebung eingesetzt werden. Studien der Universität von Florida legen beispielsweise nahe, dass Mikro-Vermehrungstechniken, die zur Herstellung von Haferflocken und anderer Küstenvegetation verwendet werden, bei der Umweltreparatur helfen können.

Trotz dieses wissenschaftlichen Fortschritts bleibt ein großer Schatz an wertvollen Meeresressourcen ungenutzt. Das Verständnis der marinen Biotechnologie und ihres Potenzials mit modernen Techniken kann revolutionär sein. Dazu gehören Bereiche wie Biomaterialien, Pharmazeutika, Diagnostika, Aquakultur, Meeresfrüchte, Bioremediation, Biofilme und Korrosion. Es kann auch eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der Meeresflora und -fauna spielen, die zur Verbesserung der menschlichen Art geerntet werden kann.