Aktuelle Pressemeldungen

Eutypinose - nicht Gift, sondern Signal

Der Klimawandel fordert immer mehr Tribut, auch im Weinbau. Pilze, die auch im gesunden Rebstock siedeln und harmlose "Mitesser" sind, werden plötzlich zu Killern, wenn die Pflanze unter Klimastress gerät. Ein Rebstock, der bislang stark und produktiv dastand, kann dann binnen einer Woche zu einem Häuflein Elend zusammenbrechen (sogenannte Apoplexie). Eutypinose ist eine Form dieser Krankheit. Hier steht der Pilz Eutypa lata im Zentrum. Gemeinsam mit dem Institut für Biologische Wirkstoff-Forschung in Kaiserslautern konnten wir im Rahmen des Interreg-Oberrhein Projekts DialogProTec nun zeigen, dass hier der Stoff Eutypin verantwortlich ist. Wir konnten auch zeigen, welche molekularen Strukturen hierfür zentral sind, wenn man ein Sauerstoffatom an diesem Molekül reduziert, verschwindet die toxische Wirkung, dafür erscheint aber eine Wirkung auf die Mikrotubuli. Man kann sogar die Wirkung von Eutypin mit der reduzierten Variante ausmerzen. Dies zeigt, dass es einen Rezeptor geben muss. Eutypin wirkt also nicht als Gift, sondern es simuliert ein Signal, das in der Pflanze eine überzogene Immunreaktion auslöst, die mit einem Selbstmord der Zellen einhergeht. zur Publikation Guan et al. (2022). mehr zu DialogProTec...

Zellbiologie macht Biotechnologie effizienter

Die Mikroalge Chlorella macht derzeit als Superfood Furore. Vollgepackt mit Protein und Vitaminen ist sie neben der „Blaualge“ Spirulina (eigentlich ein photosynthetisches Bakterium) ein hochpreisiges funktionelles Nahrungsmittel. Doch wie bekommt man die Proteine aus der Alge heraus? Bislang durch Hochdruckextraktion – das benötigt nicht nur viel Energie, sondern man muss hinterher die wertvollen Proteine von anderen Zellbestandteilen abtrennen. Am Institut für Hochleistungsimpuls- und Mikrowellentechnik (IHM) am Campus Nord hat man ein Verfahren entwickelt, das mit sehr starken elektrischen Impulsen arbeitet. Damit kann man das Protein in reiner Form gewinnen. Aber auch hier ist sehr viel Energie nötig. In einer von IHM und Botanik gemeinsam betreuten Promotion hat Damaris Krust eine energiesparende Alternative entwickelt. Interessant dabei ist, dass es sich zunächst um reine Grundlagenforschung handelte, die dann überraschend zu neuen Anwendungen führte. Wir hatten beobachtet, dass diese einzellige Alge abstirbt, wenn sie mit dem Überstand von elektrisch behandelten Schwesteralgen behandelt wird. Dabei wird das Protein ebenso freigegeben, wie wenn die Alge direkt elektrisch behandelt wurde. Es gibt also einen geheimnisvollen Todesfaktor, der durch die elektrischen Impulse freigesetzt wird. Damaris Krust hat nun die Bedingungen, unter denen dieser Todesfaktor entsteht, genau kartiert und kann dies nun biotechnologisch nutzen. Damit lässt sich der Energiebedarf mehr als 100-fach absenken und damit die elektrische Extraktion von Protein viel effizienter machen. Der Chlorella-Smoothie im Supermarkt wird damit nicht nur ein Superfood, sondern auch noch super-sparsam. Natürlich haben wir uns auch gefragt, wozu die Natur einen solchen Todesfaktor entwickelt hat. Der Schlüssel liegt im Lebenszyklus dieser Alge – sie teilt sich nämlich in Viererpakete von Tochterzellen, die zunächst von der mütterlichen Zellwand umschlossen sind. Diese Zellwand enthält, für Algen sehr ungewöhnlich, Chitin, und muss aufgelöst werden, um die Tochterzellen in die Freiheit zu lassen. Der Todesfaktor ist also eigentlich ein Geburtsfaktor – durch die Elektrobehandlung wird er jedoch vor der Zeit freigesetzt und dies führt dazu, dass die Zellen ihre Zellwände auflösen. Damaris Krust hat mit dieser Geschichte nicht nur erfolgreich promoviert, sondern eine spannende Publikation (Krust et al. 2022) veröffentlicht und am Ende noch den Energiecampus-Preis der Stiftung Energie und Klimaschutz (mehr...) eingeheimst. Überblicksartikel zum Projekt.

Wirkstoff gegen Mikrotubuli aus TCM Pflanze identifiziert

Der Färberwaid, auch Deutscher Indigo genannt, wird in der Traditionellen Chinesischen Medizin unter dem Namen Ban Lan Gen genutzt. Derzeit steht er im Rampenlicht, weil er Covid-Symptome deutlich lindern kann. In einer Kooperation mit Chemikern in der Schweiz gelang es uns, den Wirkstoff Glucobrassicin zu identifizieren, der Mikrotubuli in pflanzlichen und tierischen Zellen abbaut. Da der Covid Virus die Mikrotubuli der Wirtszelle für sein eigenes Fortkommen missbraucht, könnte das der Grund für die therapeutische Wirkung von Ban Lan Gen sein. Die Arbeit wurde nun im Journal for Integrative Plant Biology angenommen und wird dort sogar auf der Titelseite gewürdigt. mehr...

Bioökonomie-Alternative für Phosphatdüngung

Was war die Frage hinter dieser Arbeit? Bio-Ökonomie strebt eine Wirtschaftsform an, die in Kreisläufen arbeitet und so nachhaltig ist. Davon sind wir noch weit entfernt, nicht nur in der Industrie, sondern auch in der Landwirtschaft. Wir setzen Mineraldünger ein – Nitrat muss unter hohem Energieaufwand über das Haber-Bosch-Verfahren aus Luftstickstoff hergestellt werden, Phosphorsalze werden in Minen gefördert, die in wenigen Jahrzehnten erschöpft sein werden und die zudem in politisch problematischen Ländern wie Syrien oder Saudi Arabien liegen, von denen man sich besser nicht zu abhängig machen sollte.

Wie sind wir die Frage angegangen? Nachdem es unserem Mitarbeiter Dr. Adnan Kanbar gelungen ist, im Botanischen Garten des KIT eine neue Sorte der Mohrenhirse (Sorghum bicolor) zu züchten, die unter unseren Klimabedingungen gedeiht und aufgrund ihres hohen Zuckergehalts für die Erzeugung von Bioethanol geeignet ist (Zur Pressemeldung des KIT), ging es nun darum, den Kreislauf zu schließen. In einem vom Bereich I geförderten Gemeinschaftsprojekt mit Prof. Stapf (Institut für Technische Chemie, Campus Nord) wurde untersuchen, ob die Mohrenhirse auf mageren Böden ohne Phosphor gedeihen kann.

Was kam heraus? Tatsächlich konnten wir zeigen, dass Sorghum bicolor in der Lage ist, unter Mangelbedingungen (wie sie auf Grenzertragsflächen vorkommen) ein größeres Wurzelsystem zu bilden und Gene für Phosphattransporter zu aktivieren, so dass aus dem Boden gebundener Phosphor, aber auch Silicat losgelöst und in der Pflanze angereichert werden. Wenn man nach Abtrennung des Zuckers die Reste unter niedriger Temperatur zu Biokohle verarbeitet, kann man so mineralische Phosphatdüngung ersetzen.

Veröffentlichung 170. Kanbar A, Mirzai M, Abuslima E, Flubacher N, Eghbalian R, Eiche E, Garbev K, Bergfeldt B, Ullrich A, Leibold H, Müller M, Mokry M, Stapf D, Nick P (2021) Starve to Sustain – An Ancient Syrian Landrace of Sorghum as Tool for Phosphorous Bioeconomy? Int J Mol Biol 22, 9312 - pdf

Metabolisches LEGO mit dem Chip

Was war die Frage hinter dieser Arbeit? Leben ist Kommunikation. Die Zellen eines Organismus, aber auch verschiedene Organismen stehen in fortwährendem Austausch miteinander. Nur so kann sich Leben ohne einen Big Boss selbst organisieren. Die elektrische Kommunikation unserer Nervenzellen ist uns vertraut - der Löwenanteil der zellulären Kommunikation geschieht jedoch auf chemischem Wege. Da wird verhandelt, aber auch betrogen, aus dem Kontext gerissen und geantwortet. Können wir diesem chemischen Dialog zuhören und ihn vielleicht eines Tages sogar steuern?

Wie sind wir die Frage angegangen? Gemeinsam mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Guber am Institut für Mikrostrukturtechnologie am Campus Nord haben wir über die Jahre hinweg einen Mikrofluidikchip für Pflanzenzellen entwickelt. Damit lassen sich verschiedene Zellen gemeinsam kultivieren, so dass chemische Kommunikation möglich wird, obwohl die Abstandsregeln strikt eingehalten werden.

Was kam heraus? In unserer neuen Arbeit untersuchen wir nun exemplarisch, was man mit diesem modularen Chip-System anfangen kann. Wir zeigen, dass einsame Pflanzenzellen sich nicht mehr teilen, aber mithilfe des Chips wieder zur Teilung angeregt werden, wenn sie über den mikrofluidischen Strom die Gegenwart anderer Zellen wahrnehmen (Quorum Sensing). Wir zeigen weiterhin, dass man mit dem Chip studieren kann, wie Pilze, die mit dem Esca Syndrom zusammenhängen (einer Rebkrankheit, die infolged des Klimawandels immer bedrohlicher wird) in Antwort auf Pflanzenzellen Toxine abgeben. In einer dritten Anwendung spielen wir dann metabolisches LEGO und bringen zwei unterschiedliche Zell-Linien aus der Medizinalpflanze Catharanthus roseus dazu, gemeinsam, in einer Art chemischer Teamarbeit, Vindolin zu produzieren, den unmittelbaren Vorläufer der wertvollen Anti-Tumorstoffe Vinblastin und Vincristin. Der Chip ist ein wichtiger Meilenstein bei unserem Interreg-Projekt DialogProTec.

Veröffentlichung 166. Finkbeiner T, Manz C, Raorane M, Metzger C, Schmidt-Speicher L, Shen N, Ahrens R, Maisch J, Nick P, Guber A (2021) A modular microfluidic bioreactor to investigate plant cell-cell interactions. Protoplasma, https://doi.org/10.1007/s00709-021-01650-0 - pdf

zur Pressemeldung des KIT...