Molekulare Grundlage der Biosynthese pharmakologisch aktiver Alkaloide im Carolina-Jasmin

• Antragsteller: Professor Dr. Jakob Franke
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 286056487

Pflanzen werden seit Jahrtausenden aufgrund ihrer einzigartigen Inhaltsstoffe und der damit verbundenen medizinischen Wirkungen vom Menschen genutzt. Die industrielle Gewinnung derartiger Naturstoffe aus Pflanzen ist allerdings oft sehr aufwendig, erfordert riesige Anbauflächen und leidet unter schwankenden Produktionsbedingungen. Durch diese Problematik wurde bis jetzt auch die Nutzung einer Gruppe von Naturstoffen aus dem Carolina-Jasmin (Gelsemium sempervirens) eingeschränkt, die systematisch als Oxindol-Alkaloide bezeichnet werden. Diese verfügen unter anderem über antitumorale, antiinflammatorische, analgetische und anxiolytische Eigenschaften, allerdings kann dieses Potenzial aufgrund der geringen Produktionsraten in der Pflanze nur unzureichend durch Kultivierung erschlossen werden. Ebenso verhindern die komplexen Strukturen einen effizienten synthetischen Zugang. Eine vielversprechende Alternative wäre die biotechnologische Herstellung dieser Substanzen in Mikroorganismen, allerdings ist dafür ein genaues Verständnis des zugehörigen Biosynthesewegs absolut notwendig. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens soll daher als Grundlage für spätere biotechnologische Anwendungen genauer untersucht werden, über welche Biosyntheseschritte die Oxindol-Alkaloide in Gelsemium sempervirens gebildet werden. Basierend auf Sequenzdaten des Genoms und des Transkriptoms sollen die für die Biosynthese benötigten Gene identifiziert werden. Relevante Genprodukte werden dann in der Pflanze durch Virus-induziertes Gen-Silencing und durch Produktion in mikrobiellen Modellorganismen charakterisiert, um Einblicke in mechanistisch ungewöhnliche Schritte zu erhalten. Außerdem soll die Lokalisierung der beteiligten Gene und Enzyme etwa durch Hybridisierungstechniken oder fluoreszenzmikroskopisch zum besseren Verständnis der räumlichen Organisation des Biosynthesewegs untersucht werden. All diese Methoden wurden in den letzten Jahren in mehreren Pflanzen etabliert, sodass die Biosynthese der Gelsemium-Alkaloide nun erstmalig mit moderner Methodologie untersucht werden kann. Zusammenfassend sind diese Studien daher nicht nur relevant, um ein besseres Verständnis der Funktions- und Organisationsweise dieses Biosynthesewegs zu gewinnen, sondern vor allem auch als Grundlage zur besseren Ausnutzung der pharmakologischen Eigenschaften dieser Alkaloide.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeberin: Professorin Sarah Ellen O' Connor, Ph.D.