Biomarker

Biomarker sind messbare Produkte von Organismen, die als Indikatoren z. B. für Umweltbelastungen oder Krankheiten herangezogen werden. In der Geologie versteht man unter Biomarkern organische Substanzen, die in Sedimenten enthalten sind, und Rückschlüsse auf deren (biologischen) Ursprung erlauben.

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Wenn Umwelteinflüsse (z. B. Sonnenstrahlung, Wassermangel) oder Fremdstoffe (z. B. Schadstoffe, Krankheitserreger oder Medikamente) in ein biologisches System eindringen, können sie den Metabolismus verändern. Diese Änderung wird messbar, indem die Aktivität charakteristischer Substanzen, deren Vorhandensein oder deren Menge bestimmt wird. Als derart charakteristische Substanzen werden meistens Proteine, Kohlenhydrate, Hormone oder Stoffwechselprodukte untersucht. Es kann zwischen integralen und spezifischen Biomarkern unterschieden werden. Integrale Biomarker können eine Vielzahl von Substanzen umfassen. Sie zeigen eher eine Menge von möglichen Abweichungen an. Spezifische Biomarker hingegen sind einzelne Indikatoren für einen konkreten Stoffwechselschritt.

Als Beispiel kann das Blutbild genannt werden, das z. B. Hinweise anhand vom Hämoglobin- oder Blutzuckerwert gibt, ob ein Patient krank ist. Bei Pflanzen werden Blätter oder Nadeln, oft auch Wurzeln, entnommen, um die Marker extrahieren zu können. Das Thema wird sehr vielfältig beforscht, die Ursprünge finden sich in der Ökotoxikologie in Tharandt, was zur TU Dresden gehört.

In der Geologie und der organischen Geochemie werden aus Sedimenten gewonnene Biomarker dazu benutzt, auf elegantem Wege Aussagen über Redox-Potential, Organismenvergesellschaftungen, Erdölreife, Klimaveränderungen und mehr zu machen zu können.
Geochemische Biomarker sind vor allem Lipide (Kohlenwasserstoffe, Fettsäuren, Sterole, Hopanoide), da diese relativ stabil sind und auch über geologische Zeiträume erhalten bleiben können. Die Art der Substanz kann Aussagen über den Ursprungsorganismus geben (z. B. Algen, Landpflanzen).
So werden z. B. bestimmte Ketone (Alkenone) von bestimmten marinen Algen produziert, langkettige n-Alkane (mit mehr als 25 Kohlenstoffatomen) werden in den Blattwachsen höherer Pflanzen synthetisiert.
Neben der Struktur wird häufig auch das Verhältnis der stabilen Isotope von vor allem Kohlenstoff und Wasserstoff an diesen Biomarkern gemessen, um Informationen zum Ursprung der Substanz zu erhalten. Die Kohlenstoffisotopie kann z. B. Rückschlüsse auf biologische Prozesse (z. B. Photosynthese), die Wasserstoffisotopie auf klimatische Einflüsse (z. B. Feuchte oder Trockenheit) zur Zeit der Entstehung der Substanzen erlauben.

Wird das Sediment nach seiner Ablagerung durch Einfluss von Temperatur und Druck verändert, werden auch relativ stabile Biomarker verändert. Man kann man dann nicht mehr unbedingt auf die biologische Ausgangssubstanz schließen, und spricht auch von Geomarkern.

Siehe auch

• Bioindikator, Metabolom