Beurteilung der Biozid-Wirkung auf Flechten mit VisiSens™

Die römische Brücke in Talamanca del Jarama (Provinz Madrid, Spanien) besteht hauptsächlich aus Dolomitgestein und weist einige Überreste aus der Römerzeit auf. Der größte Teil seiner alten Gesteinsoberfläche ist weitgehend von Flechten besiedelt. Um die mikrobielle Bioschädigung dieses Denkmals zu kontrollieren, sind Behandlungen erforderlich, die das biologische Wachstum hemmen. Im Gegenzug muss die biozide Wirkungen dieser Behandlungen bewertet werden. Die Wirksamkeit von Biozid-Behandlungen nachzuweisen ist jedoch mühsam und zeitraubend und erfordert sowohl Langzeitstudien im Feld als auch im Labor. Flechten sind symbiotische Organismen, die aus einem Pilz (dem Mycobionten) und einem photosynthetisch aktiven Partner (dem Photobionten) bestehen. Der Photobiont ist normalerweise entweder eine grüne Alge oder ein Cyanobakterium. Im Sonnenlicht nimmt der Photobiont eines gesunden Flechten-Thallus Kohlendioxid und Wasser auf und setzt Sauerstoff als Produkt der Photosynthese frei. Im Dunkeln nehmen beide Symbionten Sauerstoff auf. Wird der Photobiont beschädigt, beeinträchtigt das die Photosynthese, und die fortdauernde Sauerstoffaufnahme durch den Mycobionten wird die Gesamtsauerstoffkonzentration in der Mikroumgebung des Flechten-Thallus senken. Durch die Visualisierung der Sauerstoffmenge im Thallus kann der gesunde oder geschädigte Zustand des Thallus festgestellt werden. Das VisiSens™ System wurde in situ für die Sauerstoffbildgebung von behandelten und unbehandelten Flechten angewendet und Ergebnisse konnten innerhalb von Minuten erhalten werden.

Ein kommerziell erhältliches Biozid wurde unter Verwendung eines Pinsels auf Zonen von Dolomitgestein aufgebracht, die Flechtenkolonisierung zeigten. Nach vier Tagen wurden die Zonen mit Wasseraerosol befeuchtet und 10 Minuten später wurden kleine Flechtenfragmente aus Kontroll- und biozidbehandelten Bereichen durch Abkratzen gesammelt. Die Sauerstoffbildgebung wurde mit dem VisiSens™ System durchgeführt, das aus einer sauerstoffempfindlichen Sensorfolie besteht, die von einer USB-Kamera gelesen wird. Die Sauerstoffsensorfolie (SF-RPSU4, PreSens) wurde mit Hydrogel an ein optisches Fenster geklebt, und die Flechtenfragmente wurden direkt auf die Sensorseite der Folie gelegt. Tropfen von Perfluordecalin (PFD) wurden zu den Flechtenfragmenten gegeben und die Probe mit einem Glasdeckglas bedeckt. Ein schwarzer Deckel wurde auf die optische Schale gelegt, um Photosynthese zu unterbinden, und die Probe wurde sofort auf die VisiSens™ Kamera (Detektoreinheit DU01, PreSens) gelegt. Bilder wurden alle 20 Sekunden für 10 Minuten aufgezeichnet. Mehrere Wiederholungen wurden mit Kontroll- und Biozid-behandelten Flechten-Thalli durchgeführt. Die Bildaufnahme und -auswertung wurde mit der VisiSens AnalytiCal 1 Software durchgeführt.

Sauerstoffkonzentrationen in der Mikroumgebung der gesunden und biozidbehandelten Flechten-Thalli wurden in 2D-Sauerstoffverteilungskarten und -diagrammen visualisiert (Abb. 4). Die Abbildung zeigt Veränderungen der Sauerstoffkonzentration, nachdem die Flechtenproben 10 Minuten lang im Dunkeln gelagert wurden. Der Photobiont der gesunden unbehandelten Flechte setzt im Sonnenlicht Sauerstoff frei, während der Mycobiont einen Teil dieses Sauerstoffs verbraucht. Das symbiotische Ökosystem erreicht einen Gleichgewichtszustand mit 64 % Luftsättigung im Sonnenlicht (Abb. 4, oben links). Wenn die Photosynthese durch Dunkelinkubation von 10 Minuten inhibiert wird, nimmt die "Netto"-Sauerstoffkonzentration allmählich auf einen konstanten Wert von etwa 22 % Luftsättigung ab. Bei dem mit Biozid behandelten Flechten-Thallus fällt die Startsauerstoffkonzentration von nur etwa 9 % Luftsättigung innerhalb von 100 Sekunden in der Dunkelphase auf einen konstanten Wert von etwa 2 % Luftsättigung ab. Dieser sehr niedrige Sauerstoffgehalt zeigt keine Sauerstoffproduktion durch den Photobionten bei gleichzeitig hohem Sauerstoffverbrauch durch die Mycobiontenzellen. Dies führt zu der Schlussfolgerung, dass die Photobiontenzellen der Flechte durch Biozid-Behandlung geschädigt wurden, während Pilzzellen noch 4 Tage nach der Behandlung Anzeichen metabolischer Aktivität zeigten.