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Biotech-Hefe: Pichia pastori Ihr Stärke steckt in den Genen

| Redakteur: M.A. Manja Wühr

Pichia pastoris ist der Liebling der Biotechnologen. Die Hefe ist widerstandsfähig, gut zu züchten und sie kann statt Zucker Methanol als Nahrung verwerten. Ein Forscherteam aus Österreich hat nun den Stoffwechselprozess entschlüsselt und schafft damit die Basis, biotechnologische Prozesse weiter zu optimieren.

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Elektronenmikroskopie von Pichia pastoris Zellen: Peroxisomen (Px), in denen Methanol in die zelluläre Biomasse eingebaut wird.
Elektronenmikroskopie von Pichia pastoris Zellen: Peroxisomen (Px), in denen Methanol in die zelluläre Biomasse eingebaut wird.
(Bild: acib)

Wien/Österreich – Die Biotechnologie nutzt die Methanol futternde Hefeart Pichia pastoris seit Jahrzehnten zur Produktion von pharmazeutischen Produkten sowie anderen rekombinanten Proteinen. „Bisher wusste man nicht, wo in der Zelle und mittels welcher Gene diese Umlagerungen ablaufen“, erklärt Projektleiterin Dr. Brigitte Gasser. Sie und ihr Forscherteam des Austrian Centre of Industrial Biotechnology (acib) und der Universität für Bodenkultur Wien (Boku) entdeckten erstaunliche Ähnlichkeiten mit Pflanzen. Diese verwenden Kohlendioxid (CO2) als Nahrung und verwerten das Klimagas in Zellorganellen namens Chloroplasten. Letztendlich wird CO2 zu Biomasse.

Pichia arbeitet ähnlich: Die Hefe setzt Methanol, das so wie CO2 aus einem Kohlenstoffatom besteht, in einer Zellorganelle namens Peroxisom um. Entscheidend bei beiden Prozessen sind die Knüpfung von Bindungen zwischen Kohlenstoffatomen und die Umlagerung in Zucker und andere Substanzen, die für den Aufbau der Biomasse notwendig sind.

Pichia pastori: Doppelt hält besser

Auch über die genetische Codierung dieses Stoffwechsels war laut den Forschern wenig bekannt. Bekannt ist, dass die meisten Zellen über ein Gen pro Protein und Schritt im Stoffwechsel verfügen. Pichia pastori geht da lieber auf Nummer Sicher: Alle Gene für den Methanol-Umsatz sind doppelt vorhanden, haben die 13 ForscherInnen aus Österreich herausgefunden, die am Forschungsprojekt beteiligt waren. Die Gene verfügen nicht nur über eine genetische Zusatzinformation, damit die entsprechenden Reaktionen im Peroxisom ablaufen. Sie werden erst aktiv, wenn Methanol als Nahrungsquelle vorhanden ist.

Für diese Entdeckungen hat das Forscherteam auf den gesamten Datenfundus zurückgegriffen, der bei biotechnologischer Verbesserungen von Pichia pastoris am acib und an der Boku in den letzten Jahren entstanden ist. „Wir konnten zeigen, dass die Annahmen und Modelle, die in den letzten 30 Jahren verwendet wurden, nicht stimmen“, erklärt Prof. Diethard Mattanovich (Boku Wien und Leiter des Forschungsfeldes „Systembiologie & Mikrobielles Zellengineering“ beim acib). „Die Interpretation unserer systembiologischen Daten revolutioniert das Verständnis der Zellbiologie“, freut sich Dr. Gasser.

Literaturhinweis

Systems-level organization of yeast methylotrophic lifestyle, Rußmayer et al. 2015. BMC Biology 13:80

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