MEP-Stoffwechsel Forscher entwickeln Biosyntheseverfahren für die Gewinnung von Isopren

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Tobias Hüser

Über den MEP-Stoffwechselweg bilden Mikroben und Chloroplasten von Pflanzen Wirkstoffe. Im industriellen Maßstab ist die Produktion dieser Wirkstoffe allerdings schwierig. Max-Planck- und Fraunhofer-Wissenschaftler machen sich daher auf die Suche nach effizienten Biosyntheseverfahren, die Isopren-Grundbausteine produzieren und pharmakologische Wirkstoffe gegen Krebs und Malaria gewinnen.

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Benedikt Engels, Louwrance Wright, Daniel Volke, Bettina Raguschke und Jonathan Gershenzon mit Versuchspflanzen in einer Anzuchtkammer im Max-Planck-Institut für chemische Ökologie. Wechselseitige Forschungsaufenthalte wie der der beiden Fraunhofer-Wissenschaftler Benedikt Engels und Daniel Volke in Jena sind ein wichtiger Bestandteil der Kooperation.
Benedikt Engels, Louwrance Wright, Daniel Volke, Bettina Raguschke und Jonathan Gershenzon mit Versuchspflanzen in einer Anzuchtkammer im Max-Planck-Institut für chemische Ökologie. Wechselseitige Forschungsaufenthalte wie der der beiden Fraunhofer-Wissenschaftler Benedikt Engels und Daniel Volke in Jena sind ein wichtiger Bestandteil der Kooperation.
(Bild: Angela Overmeyer, MPI chem. Ökol.)

Jena – Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie in Aachen und des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena optimieren in den kommenden drei Jahren den sogenannten MEP-Stoffwechselweg. Mikroben und die Chloroplasten der Pflanzen bilden über diesen Weg zahlreiche Wirkstoffe, die der Mensch seit Jahrtausenden pharmakologisch, im Pflanzenschutz oder zu industriellen Zwecken nutzt.

Produktion und Gewinnung der Wirkstoffe sind aber in der Regel nur unter großem technischem Aufwand möglich. Das Ziel des Gemeinschaftsprojekts ist es daher, Bakterien mit einem verbesserten MEP-Biosyntheseweg einzusetzen, um die Biosynthese, Handhabung und Ausbeute MEP-abhängiger Naturstoffe grundlegend zu verbessern.

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Enge Verwandte: Chloroplasten und Prokaryonten

Die entscheidende Hilfestellung für das Zustandekommen der Kooperation zwischen dem Fraunhofer- und dem Max-Planck-Institut kommt aus der Natur selbst, dank eines Ereignisses, das mit ziemlicher Wahrscheinlichkeit und schon vor vielen Millionen Jahren stattgefunden hat. Im Laufe der Evolution haben Einzeller andere einzellige Lebensformen in sich aufgenommen, beispielsweise Vorläufer der heute vorkommenden prokaryontischen Cyanobakterien. Aus einer solchen „Endosymbiose“, so die Theorie, sind die Pflanzenzellen mitsamt ihren Chloroplasten entstanden, und die Chloroplasten zeigen bis heute immer noch Ähnlichkeit mit prokaryontischen Zellen.

Wie Pflanzenwissenschaftler vor einigen Jahren herausgefunden haben, besitzen Chloroplasten - die Endosymbiontentheorie einmal mehr erhärtend - einen Stoffwechselweg, der ebenfalls in Prokaryonten, z.B. Bakterien, vorkommt und der Herstellung zahlreicher sogenannter Sekundärmetabolite dient: den Methylerythritol-4-Phosphat-Weg, kurz MEP-Stoffwechselweg.

Aus Zwischenprodukten der Glykolyse erfolgt in mehreren Schritten die Synthese von aus je fünf Kohlenstoffatomen bestehenden Moleküleinheiten, aus denen baukastenähnlich beispielsweise Chlorophylle, Carotinoide, Terpene, Cytokinine, Sterole und viele andere biologische Substanzen gebildet werden. Auch die Produktion mancher Giftstoffe, die Pflanzen gegen Schädlinge einsetzen, basiert auf dem MEP-Stoffwechselweg.

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