{"id":48205,"date":"2017-12-07T06:42:07","date_gmt":"2017-12-07T05:42:07","guid":{"rendered":"https:\/\/rss.nova-institut.net\/public.php?url=http%3A%2F%2Fwww.innovations-report.de%2Fhtml%2Fberichte%2Fbiowissenschaften-chemie%2Flachsfarbener-tabak-wie-pflanzen-zu-biofabriken-umgebaut-werden-koennen.html"},"modified":"2017-12-05T12:27:28","modified_gmt":"2017-12-05T11:27:28","slug":"lachsfarbener-tabak","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/lachsfarbener-tabak\/","title":{"rendered":"Lachsfarbener Tabak"},"content":{"rendered":"

Pflanzen produzieren unz\u00e4hlige Inhaltsstoffe mit ganz unterschiedlichen Aufgaben. Viele dieser Stoffe sind nicht nur f\u00fcr die Pflanze, die sie produziert hilfreich, sondern eine ganze Reihe dieser Stoffe haben gleichfalls eine positive Wirkung auf Menschen und Tiere. Die Gewinnung dieser Stoffe aus ihren nat\u00fcrlichen Produzenten in ausreichender Menge, stellt h\u00e4ufig eine Herausforderung dar. In der Vergangenheit hat dies dazu gef\u00fchrt, dass die meisten Stoffe energieaufw\u00e4ndig im chemischen Labor nachempfunden und hergestellt wurden. Mittlerweile k\u00f6nnen sehr viele Wirkstoffe in Bakterien produziert werden. Wie w\u00e4re es, wenn man dazu \u00fcberginge, die Stoffe direkt in Pflanzen herzustellen, wo die meisten sowieso ihren Ursprung haben? Mit dieser Frage besch\u00e4ftigen sich Forscher*innen rund um Prof. Ralph Bock am Max-Planck-Institut f\u00fcr molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam-Golm. Sie konnten in ihrer aktuell in Current Biology ver\u00f6ffentlichten Arbeit zeigen, dass die \u00dcbertragung von Stoffwechselwegen zur Gewinnung bestimmter Inhaltsstoffe in Pflanzen auf verschiedenen Wegen m\u00f6glich ist. Dies schlie\u00dft die Nutzung eines in der Natur vorkommendes Ph\u00e4nomens ein, das den Austausch von Genen zwischen verschiedenen Spezies erm\u00f6glicht.<\/strong><\/p>\n

Die Arbeitsgruppe w\u00e4hlte f\u00fcr ihre Forschungen den nat\u00fcrlich in Plankton und Mikroalgen vorkommenden Farbstoff Astaxanthin. Der Farbstoff wirkt als Sonnenschutzfaktor gegen UV-Strahlen und sch\u00fctzt dar\u00fcber hinaus sehr effektiv Zellen vor Stress und Krankheiten, indem er die Oxidation von Substanzen verlangsamt oder sogar vollst\u00e4ndig verhindert. Krebse enthalten ebenfalls diesen zur gro\u00dfen Gruppe der Carotinoide geh\u00f6renden orangen Farbstoff, da sie ihn \u00fcber die Nahrung aufnehmen.<\/p>\n

\"Oben:
Oben: Herk\u00f6mmlicher Baumtabak
Unten: Lachsfarnbener Baumtabak mit neu-integriertem Stoffwechsel zur Astaxathin-Produktion.
Prof. Dr. Ralph Bock, MPI-MP<\/figcaption><\/figure>\n

Fische wie Lachse und Forellen nutzen Astaxanthin gegen oxidativen Stress, dem sie aufgrund ihrer langen Reisen von den Nahrungsgr\u00fcnden zur\u00fcck an ihren Geburtsort, an dem sie laichen, ausgesetzt sind. Durch die Einlagerung von Astaxanthin, das sie \u00fcber die Nahrung aufnehmen und das ihr Fleisch auf nat\u00fcrliche Weise r\u00f6tlich f\u00e4rbt, sch\u00fctzen sie vermutlich ihre Zellen, Muskeln und Gewebe. In den Lachs- oder Forellenfarmen, wo die Fische f\u00fcr den Handel gez\u00fcchtet werden, um die nat\u00fcrlichen Fischvorkommen zu schonen, haben sie nicht die M\u00f6glichkeit sich von Krebsen oder Mikroalgen zu ern\u00e4hren, die das wichtige Astaxanthin enthalten. Sie ben\u00f6tigen hier den Farbstoff allerdings auch nicht unbedingt, da der Stress der langen Wanderung entf\u00e4llt. Ohne astaxanthinhaltiges Futter bleiben die Fische wei\u00df bis grau und zeigen nicht die bekannte r\u00f6tliche F\u00e4rbung. Deshalb ist der Farbstoff ein begehrter Futtermittelzusatzstoff in der Fischzucht. Er wird aus Krebstieren oder Mikroalgen gewonnen.<\/p>\n

Dieser Prozess birgt allerdings gro\u00dfe Nachteile. Astaxanthin liegt in nur geringen Konzentrationen in diesen maritimen Lebewesen vor, so dass die Isolationsprozesse aufwendig und teuer sind. Weiterhin fallen nicht verwertbare Abfallstoffe an, welche \u00f6kologisch und \u00f6konomisch ein Problem darstellen.<\/p>\n

Die Gewinnung des wertvollen Farbstoffs aus Pflanzen w\u00fcrde entscheidende Vorteile bringen und k\u00f6nnte auch seine Produktionskosten betr\u00e4chtlich verringern. Aus diesem Grund wird bereits seit langer Zeit daran geforscht, wie man den nat\u00fcrlichen Stoffwechselweg mit Hilfe von gentechnischen Methoden so in Pflanzen einf\u00fcgen kann, dass sie Astaxanthin produzieren. Daf\u00fcr die Chloroplasten-DNA in Pflanzenzellen zu nutzen ist clever, denn von diesen Organellen gibt es in jeder gr\u00fcnen Pflanzenzelle sehr viele, im Vergleich zum nur einmal vorhandenen Zellkern. Die nun vielfach eingebrachte Information erm\u00f6glicht eine hohe Produktionsrate des orangen Farbstoffs in der Pflanze. Ein weiterer Vorteil ist die erh\u00f6hte Biosicherheit, denn die Chloroplasten der v\u00e4terlichen Pflanze werden im Pollen abgebaut. Das bedeutet, dass gentechnisch ver\u00e4nderte Chloroplasten nicht durch den Pollen verbreitet werden k\u00f6nnen.<\/p>\n

Der Forschungsgruppe um Prof. Dr. Ralph Bock ist es nun gelungen, den fremden Stoffwechselweg in Tabakpflanzen zu integrieren. Dazu mussten die Gene des Astaxanthin-Stoffwechselweges in das Chloroplastengenom der Modellpflanze eingef\u00fchrt werden. Wie der Lachs zeigt nun auch die Tabakpflanze eine charakteristische orange F\u00e4rbung durch die Produktion des Farbstoffs in den Chloroplasten. Entstanden ist ein lachsfarbener Tabak.<\/p>\n

Die M\u00f6glichkeit, den begehrten Farbstoff in h\u00f6heren Pflanzen zu produzieren, ist ein beachtliches Ergebnis. Allerdings handelt es sich bei Tabak um eine sehr giftige Pflanze, denn Nikotin ist eines der st\u00e4rksten in der Natur vorkommenden Gifte. Deshalb war es w\u00fcnschenswert, das Astaxanthin in einer nikotin-freien Pflanze zu produzieren. Die Wahl fiel auf einen nahen Verwandten, den Baumtabak. Dieser enth\u00e4lt kein Nikotin und ist sogar eine mehrj\u00e4hrige Pflanze. Deshalb kann die Pflanze einmal ausgepflanzt \u00fcber mehrere Jahre genutzt werden. Jedoch konnten bisher die Chloroplasten des Baumtabaks nicht transformiert, also mit neuen Genen ausgestattet werden. Die Forscher suchten deshalb nach einem Weg den gew\u00fcnschten Farbstoff in der f\u00fcr sie optimalen Pflanzenart zu produzieren.<\/p>\n

\u201eBereits in fr\u00fcheren Experimenten hatten wir herausgefunden, dass die DNA von Chloroplasten \u00fcber Pfropfungsstellen von einer Art auf eine andere \u00fcbertragen werden kann\u201c, erkl\u00e4rt Ralph Bock. Dieses Ph\u00e4nomen, welches in der Natur auch ohne menschliches Zutun vorkommt, nennt man horizontalen Gentransfer. Es bietet eine faszinierende M\u00f6glichkeit, um bisher nicht-transformierbare Pflanzenarten mit fremden Genen zu versehen. Nach der erfolgreichen Pfropfung von Tabaksprossen auf Baumtabakpflanzen wurden aus den Pfropfungsstellen neue vollst\u00e4ndige Pflanzen mit Hilfe der Gewebekultur erzeugt. So konnten aus einzelnen Baumtabakzellen, welche die neue Chloroplasten-DNA aus dem Tabak erhalten hatten, wieder ganze Pflanzen mit den gew\u00fcnschten neuen Eigenschaften gewonnen werden.<\/p>\n

Dieses Experiment zeigt deutlich, dass allein durch einen horizontalen Austausch von Chloroplastengenen die Einf\u00fchrung von fremden Genen in nicht-transformierbare Arten m\u00f6glich ist. Zuk\u00fcnftig kann diese sehr einfache Transformationstechnik auch f\u00fcr andere wichtige, jedoch bisher nicht transformierbare Pflanzenarten genutzt werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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