H2O2 ist eine reaktives Sauerstoffspezies, welche natürlicherweise als Seitenprodukt der Photosynthese entsteht. Dies stellt photosynthetische Zellen vor ein Problem: akkumuliert H2O2, so reagiert es willkürlich mit Stoffen in der nahen Umgebung und kann sowohl die Protein, welche Photosynthese am laufen halten, als auch die DNA des Chloroplasten schädigen. Gleichzeitig ist H2O2 jedoch möglicherweise auch ein wichtiger Botenstoff. Im Vergleich zu anderen reaktiven Sauerstoffspezies ist H2O2 relativ stabil, was die Möglichkeit eines Exports in das Zytoplasma und somit die Nutzung als Signalstoff denkbar macht. Signale, die der Chloroplast zurück an den Nukleus sendet, nennt man 'retrograd' - solch retrogrades signalisieren, wie es dem Chloroplasten geht, ist sehr wichtig, da die überwiegende Mehrheit der Proteine des Chloroplasten im Nukleus kodiert sind, im Zytoplasma hergestellt und dann in die Organelle importiert werden. Benötigt der Chloroplast eine andere Zusammensetzung von Proteinen, beispielsweise weil plötzlich erheblich mehr Licht ankommt, so muss der Nukleus informiert werden um einen Ausgleich schaffen zu können.
Um die Aktivität von H2O2 in der Zelle testen zu können, wurden in den letzten Jahren auf Grundlage von fluoreszierenden Proteinen Biosensoren entwickelt, welche in der Lage sind, über ein fluoreszenzsignal anzuzeigen wie viel H2O2 vorhanden ist. Die Gruppe von José Ugalde am INRES hat für die Anwendung solcher Biosensoren in der Photosyntheseforschung ihre Fluoreszenzplattenleser mit einem Modul aufgerüstet, welche die Bestrahlung der Proben mit Licht in der Maschine ermöglicht. Damit kann man dann direkt messen, wie viel H2O2 produziert wird, wenn die Zellen einer bestimmte Menge Licht ausgesetzt sind. Indem man verschiedene Stämme erstellt, die den Biosensor jeweils in unterschiedlichen Zellkompartimenten besitzen, kann man dann in Echtzeit verfolgen, wie H2O2 im Chloroplasten durch Photosynthese entsteht und sich dann in andere Teile der Zelle ausbreitet.
Um diese Technologien optimal nutzen zu können, wollen wir in der AG Caspari neue Genkonstrukte klonieren, welche den H2O2-Sensor 'Hyper7' in unterschiedliche Zellkompartimente der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii entsenden. Diese Stämme können wir dann mit existierenden H2O2-Sensorstämmen in der Alge und Pflanzen vergleichen. Zudem wollen wir unterschiedliche Mutanten, welchen Gene der Photosynthese oder des Abbaus von H2O2 fehlen, mithilfe der Biosensoren untersuchen. Mit diesen Arbeiten wollen wir die Rolle von H2O2 als retrogrades Signal besser bestimmen, die Kooperation zwischen den zwei Laboren festigen und Daten sammeln, um eine Publikation zu schreiben und weitere Fördermittel zu erschließen.