Flüssig-Flüssig-Phasentrennung um eine Membran herum: Untersuchungen zur Assemblierung des Pyrenoids um die Thylakoidmembran in Chlamydomonas reinhardtii

• Antragsteller: Dr. Philipp Girr
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 456013262

Derzeit stellt es eine große Herausforderung für die Menschheit dar, die globale Ernährungssicherheit für eine wachsende Weltbevölkerung zu gewährleisten und den Bedarf an klimaneutralen Energiequellen in Zeiten des Klimawandels zu erfüllen. Entscheidend für die Bewältigung dieser Herausforderung ist eine Steigerung der Ernteerträge, um eine erhöhte Lebensmittel- und Biokraftstoffproduktion ohne weiteren Verlust von Ökosystemen an die Landwirtschaft zu erreichen. Ein vielversprechender Ansatz, der die Ernteerträge um bis zu 60% steigern könnte, ist die Einführung eines CO2-Konzentrierungsmechanismus (CCM, engl. CO2 concentrating mechanism) aus Algen in Kulturpflanzen. Das Herzstück des CCM aus Algen ist ein flüssig-flüssig-phasengetrenntes Organell im Chloroplasten, der Pyrenoid. Der Pyrenoid enthält die Mehrzahl der Rubisco Moleküle einer Zelle und wird durch aktive Transportmechanismen ständig mit CO2 versorgt. CO2 gelangt letztendlich über spezialisierte Bereiche der Thylakoidmembran, die den Pyrenoid durchqueren, in den Pyrenoid, die sogenannten Thylakoidtubuli. Obwohl die Thylakoidtubuli für die CO2-Versorgung und den Austausch von Metaboliten zwischen dem Pyrenoid und dem Chloroplastenstroma wichtig sind, wissen wir im Grunde nichts über die Wechselwirkung zwischen der Rubisco-haltigen Matrix des Pyrenoids und den Thylakoidtubuli und über die Biogenese der Thylakoidtubuli. Im vorgeschlagenen Projekt werde ich diese Wissenslücken im Modellorganismus Chlamydomonas reinhardtii untersuchen. Durch Literatur- und bioinformatische Analysen habe ich Proteine identifiziert, die als Bindeproteine zwischen den Thylakoidtubuli und der Pyrenoidmatrix fungieren könnten, und andere, die möglicherweise an der Biogenese der Thylakoidtubuli beteiligt sind. In dem vorgeschlagenen Projekt werde ich die Funktion dieser Proteine sowohl in vivo als auch in vitro biochemisch analysieren, um ihre Funktion aufzuklären. Darüber hinaus werde ich die identifizierten zugrunde liegenden Grundprinzipien der Pyrenoid-Assemblierung nutzen, um die Entwicklung eines synthetischen CCM-Systems in vitro voranzutreiben. Zusammen werden die im vorgeschlagenen Projekt gewonnenen Daten die Einführung eines Pyrenoids in Kulturpflanzen unterstützen, um eine Steigerung der Erträge erreichen zu könnten.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Dr. Luke Mackinder