Biotests ermöglichen die Wirkung verschiedener Umwelteinflüsse auf lebende Organismen zu prüfen. Solche Stressfaktoren sind etwa Temperatur, Strahlung oder chemische Substanzen. Es fehlen jedoch oft einfache Modellorganismen, die folgende Kriterien erfüllen müssen: Sie müssen so einfach sein, dass die zellulären Vorgänge nachvollziehbar sind und gleichzeitig Eigenschaften besitzen, die die Ergebnisse auf höhere Organismen übertragbar machen.
Physarum polycephalum besitzt diese Eigenschaften im hohen Maße: Er weist eine einfache Zellstruktur auf; die Vorgänge innerhalb der Zelle sind durch seine Cytoplasmaströmung gut beobachtbar. Actin-Myosin-Systeme finden sich als wesentlicher Teil des Cytoskellets in allen eukayonten Zellen. Sie tragen dort ähnliche Funktionen, ihre Struktur ist stark konserviert. In unserem Fall spielen sie für das Zustandekommen der Cytoplasmaströmung eine wichtige Rolle. Dies erlaubt eine Übertragung von Teilen der Ergebnisse auf höhere Organismen. Unser Ziel war, diese Eigenschaften für uns nutzbar zu machen.
Experimentell verursachte Änderungen der Umgebungsparameter haben Einfluss auf die Vorgänge im Zellplasma. Diese sollten sich durch verschiedene Strömungsmuster im Zellplasma bemerkbar machen.
Die Arbeit war interdisziplinär angelegt. Die Vorgänge in den Zellen werden in einer speziell konstruierten Messkammer erfasst, welche die Kontrolle aller Umwelteinflüsse ermöglicht. Das ist wichtig, weil nur so aussagekräftige Messungen gemacht werden können. Über ein IR-Videomikroskop wird die Strömung dann gefilmt. Mit Hilfe eines Computerprogramms werden die Daten ausgewertet: Die von uns entwickelte Software berechnet aus den Filmbildern die Strömungsgeschwindigkeit.
Die genaue Methode der Datenerfassung erlaubte genaue Studien der Strömungsmuster unter Normalbedingungen. Wir konnten die so gewonnenen Erkenntnisse anwenden, um die Wirkung verschiedener Substanzen auf die Zelle zu interpretieren. Die Cytoplasmaströmung ist temperaturabhängig, das Optimum liegt bei 27°C. Durch Zugabe toxischer Substanzen, bzw. spezifischer Hemmstoffe konnte das Actin-Myosin System in Physarum polycephalum beeinflusst werden.
Physarum polycephalum ist ein sehr guter Modellorganismus für Bewegungsvorgänge in tierischen Zellen (Muskeln): Die erlangten Ergebnisse sind durch die Ähnlichkeit im Bewegungsapparat auf höhere Organismen übertragbar.
Das System ist sehr flexibel: Durch den Einsatz schnellerer Computertechnik ist die Messgenauigkeit des Verfahrens erweiterbar. Unsere Messverfahren (die Messkammer und das Computerprogramm) sind nicht nur auf die Fragestellung festgelegt, sondern eignen sich auch zur Lösung anderer Probleme. Weitere spezifische Untersuchungen können das System langfristig als Biotest etablieren.