Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Produktion von biologisch abbaubaren Polymeren in transgenen Kartoffelknollen (Phase IIb), Teilvorhaben 4: Optimierung der Cyanophcinproduktion in transgenen Kartoffelknollen durch Steigerung der Argininbiosynthese

Anschrift
Eberhard-Karls-Universität Tübingen - Lehrstuhl für Mikrobiologie/Biotechnologie und Zentrum für Bioinformatik Tübingen/PAS
Auf der Morgenstelle 28
72076 Tübingen
Kontakt
Prof. Dr. Karl Forchhammer
Tel: +49 7071 29-72096
E-Mail: karl.forchhammer@uni-tuebingen.de
FKZ
22012906
Anfang
01.03.2007
Ende
31.12.2008
Ergebnisdarstellung
Die Aufgabe in diesem Teilprojekt bestand darin, die Cyanophycin-Produktion in transgenen Kartoffeln durch eine Erhöhung der Argininbildung zu steigern. Arginin ist der limitierende Bestandteil des Cyanophycins und seine Synthese findet im Chloroplasten von Pflanzen statt. Der bestimmende Schritt der Argininsynthese ist die N-Acetylglutamat-Kinase (NAGK)-Reaktion. Das entsprechende NAGK-Enzym wird durch das PII Signalprotein gesteurt und bei stickstoffreichen Bedingungen aktiviert. Ohne PII-Aktivierung ist de NAGK sehr empfindlich gegenüber einer Hemmung durch Arginin, was zu einer Drosselung der Argininsynthese führt. Im vorliegenden Projekt wurden NAGK-Enzyme aus sechs verschiedenen Quellen miteinander verglichen, in Bezug auf Reaktions-Effizienz und Steuerung durch das PII-Signalprotein. Dazu wurden die entsprechenden Gene kloniert, die rekombinanten Proteine überproduziert und gereinigt. Mit den gereinigten Proteinen wurden die biochemischen Studien durchgeführt. Auf diese Weise konnten aktive und weniger aktive Varianten der NAGK identifiziert werden. Überraschenderweise stellte sich heraus, dass das PII-Signalprotein der Chloroplasten in der Lage ist, fremdes NAGK aus Cyanobakterien zu steuern. Es wurde daher ein NAGK-Gen aus Synechocystis PCC 6803 ausgewählt, um dieses in Pflanzen zu transformieren. Die entsprechenden rekombinanten Pflanzen konnten jedoch im Rahmen dieses Projektes nicht mehr analysiert werden.
Aufgabenbeschreibung
Das Ziel des Vorhabens ist die Produktion industriell verwertbarer Mengen des nachwachsenden Rohstoffes Cyanophycin in Pflanzen. Dazu soll in transgenen Kartoffelknollen die Produktion des cyanobakteriellen Proteins Cyanophycin optimiert werden. Die Produktion von Cyanophycin in den transgenen Pflanzen scheint nach vorläufigen Daten durch die Verfügbarkeit von Arginin limitiert zu werden. Der ratenbestimmende Schritt der Argininsynthese wir durch das Enzym NAGK katalysiert. Cyanobakterien verfügen über hocheffiziente NAGK Enzyme, die durch das PII Protein gesteuert werden. Um die Argininsynthese zu maximieren, sollen Cyanophycin-produzierende Pflanzen mit den cyanobakteriellen Genen für NAGK und PII transformiert werden und die resultierenden transgenen Pflanzen gründlich evaluiert werden. Cyanophycin kann als Ausgangsstoff für das Biopolymer Polyaspartat genutzt werden. Polyaspartat ist biologisch abbaubar, nicht toxisch und hat vielfältige Anwendungsmöglichkeiten (z.B. Ersatzstoff für nicht biologisch abbaubare Polyacrylate in Detergentien, Lösungsmittel). Cyanophycin soll als Nebenprodukt bei der industriellen Verwertung von Kartoffeln anfallen und äusserst kostengünstig sein.

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