Betain-Lipide in euKaryoten

• Antragsteller: Professor Dr. Emanuel Schneck
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Biophysik ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406647862

Mikroalgen gelten seit einiger Zeit als aussichtsreiches Rohmaterial zur Produktion von Biomolekülen wie essentiellen omega3 Fettsäuren und Triacylglyceriden (TAG), die drei Fettsäuren tragen. Die zielgerichtete Erzeugung von Stressbedingungen, wie z.B. Phosphat-Mangel, wird häufig verwendet, um TAG in Mikroalgen anzureichern. Ein besseres Verständnis darüber, warum und auf welche Weise Mikroalgen die Synthese von Fettsäuren und TAG unter solchen Stressbedingungen induzieren, könnte in Zukunft dabei helfen, genetisch modifizierte Algen für die Produktion von Biokraftstoffen und anderen Wertstoffen zu erzeugen. Bei Phosphat-Mangel werden in Mikroalgen die Phospholipide in den extraplastidiären Membranen durch Betain-Lipide ersetzt. Von diesen Glycerolipiden mit zwei Fettsäuren (zumeist omega3) nimmt man an, dass sie die Gegenstücke der Haupt-Phosphoglycerolipide bei Eukaryoten, der Phosphatidylcholin-Lipide (PC-Lipide) sind. Bei höheren Pflanzen ist die Fähigkeit zur Synthese von Betain-Lipiden verlorengegangen, sodass sie andere Strategien im Umgang mit Phosphat-Mangel entwickeln mussten: PC-Lipide werden bei ihnen durch Glykolipide ersetzt, wobei allerdings nicht im gleichen Ausmaß TAG angereichert wird.Ziel des BLinK Projektes ist es, herauszufinden, wie ähnlich die physikochemischen Eigenschaften von Betain-Lipiden und PC-Lipiden sind, und inwieweit sie sich zur gegenseitigen Substitution in-vivo eignen. Darüberhinaus möchten wir aufklären, in welcher Weise Betain-Lipide die Membran-Remodellierung von Mikroalgen bei Phosphat-Mangel beeinflussen. Das Projekt ist in drei Teile gegliedert:1.) Der Vergleich der Biosynthesewege von Betain-Lipiden und PC-Lipiden im Laufe der Evolution.2.) Die Bestimmung der physikochemischen Eigenschaften von Betain-Lipiden in Bezug auf Membran-Fluidität, -Biegesteifigkeit, und auf die Membran-Membran-Wechselwirkungen, sowie der Vergleich mit den entsprechenden Eigenschaften bei PC-Lipid-Membranen. 3.) Die in-vivo-Untersuchung zweier Mikroalgen-Arten, Phaeodactylum tricornutum (ein Diatom) und Nannochloropsis gaditana (ein Eustigmatophyt), welche genetisch so modifiziert sind, dass sie entweder keine PC-Lipide oder keine Betain-Lipide herstellen können. Die in den drei Projektteilen gewonnenen Ergebnisse sollen dann so zusammengefügt werden, dass ein Gesamtbild entsteht, welches die Wechselbeziehung zwischen Betain-Lipiden und PC-Lipiden aufzeigt. Dabei soll auch aufgeklärt werden, warum Betain-Lipide in höheren Pflanzen entbehrlich geworden sind. Darüber hinaus soll das Projekt fehlende Informationen zur Evolution des Lipidstoffwechsels liefern, welche dem Verständnis der Kontrolle der Phospholipid/Non-Phospholipid Balance dienen und später dazu beitragen können, die Produktion von Fettsäuren und TAG in industriellen Anwendungen zu verbessern. Außerdem sollen neue Enzyme zur Betain-Lipid-Synthese identifiziert und die Phylogenese der Synthasen von Betain-Lipiden und PC-Lipiden rekonstruiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartnerin: Dr. Juliette Jouhet