Untersuchung der Enzymatischen Bildung von Aminen aus Glucosinolaten in Brassica Gemüse ‒ VEGAMIN

• Antragstellerin: Dr. Franziska Hanschen
• Fachliche Zuordnung: Lebensmittelchemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 524096542

Glucosinolate, die z.B. in Kohl, Brokkoli, Rettich oder Rukola vorkommen, können enzymatisch zu krebspräventiv wirkenden Isothiocyanaten hydrolysiert werden. Diese reaktiven und scharf schmeckenden Verbindungen dienen Pflanzen vor allem dem Schutz vor Schädlingen und Fressfeinden. Neben Isothiocyanaten können je nach enzymatischer Ausstattung der Pflanze und der Glucosinolatstruktur aber auch Nitrile oder Epithionitrile frei werden. Wegen ihrer gesundheitsförderlichen Effekte gilt es daher als wünschenswert, dass solche Gemüse vor allem Isothiocyanate freisetzen. Kürzlich entdeckten wir, dass Isothiocyanate in Kohl (Brassica oleracea var. capitata) durch einen enzymartigen Mechanismus im rohen Gemüse zu korrespondierenden Aminen abgebaut werden können. Amine können daher in Kohl Hauptabbauprodukte der Glucosinolate darstellen und in größeren Mengen vorkommen als das entsprechende Isothiocyanat. Keine der bisher bekannten mikrobiellen Isothiocyanat-Hydrolasen (ITCasen) konnte nachgewiesen werden und auch kein ähnliches pflanzliches Protein. Daher scheint ein bisher unbekanntes Pflanzenenzym für die Aminbildung verantwortlich zu sein. Ziel dieses Projektes ist es daher I) das Isothiocyanat-hydrolysierende Enzym zu identifizieren, isolieren und zu charakterisieren und II) herauszufinden wie weit verbreitet dieser Abbauweg in Brassicaceae Gemüsen/Pflanzen ist und welche Rolle die Aminbildung in unterschiedlichen ontogenetischen Stadien und Geweben spielt. Um diese Ziele zu erreichen, wird zunächst ein Schnelltest auf Isothiocyanat-Hydrolase Aktivität entwickelt. Dann werden die pflanzlichen Proteine fraktioniert und die Proteine von Amin-bildenden Fraktionen mittels Massenspektrometrie identifiziert. Kandidatenproteine werden dann in E. coli überexprimiert, das rekombinante Protein isoliert und die ITCase identifiziert. Anschließend wird die Aktivität der ITCase gegenüber verschiedenen Substraten untersucht sowie der Einfluss eventueller Cofaktoren auf die Aktivität evaluiert. Um die Bedeutung dieses Aminbildungsweges für die Pflanze aber auch für die Ernährung besser zu verstehen wird die Verbreitung der ITCase-bedingten Aminbildung in wichtigen Brassicaceae Pflanzen/Gemüsen durch ITCase-Aktivität-Screening und Metabolit-Analyse untersucht und ITCasen über Proteom-Analysen charakterisiert. Zudem wird die Rolle der Aminbildung in unterschiedlichen Pflanzengeweben und verschiedenen ontogenetischen Stadien untersucht und mit der ITCase-Expression korreliert. Die Ergebnisse dieses Projektes erweitern maßgeblich das Verständnis des enzymatischen Glucosinolatabbaus und tragen letztendlich dazu bei, die ernährungsphysiologische Bedeutung von Glucosinolaten und ihren Abbauprodukten für den Menschen aber auch ihre Rolle für die Pflanze besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Philip Anthony Wigge, Ph.D.; Dr. Katja Witzel