Prof. Dr. Udo Conrad
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31.05.2002

Das Rahmen des Teilvorhabens 2 wurden transgene Pflanzen hergestellt und analysiert, die verschiedene Konstrukte zur Expression der Seidenfibroine enthalten. Die Fibroin- und Spidroingene wurden aufgrund von Literaturdaten aus synthetischen Grundmodulen neu konstruiert und in Tabak und Kartoffel (Desiree und Solara) transformiert. Im Bereich von 15 bis 50 kDa erfolgte eine stabile Akkumulation von Faserproteinen im Endoplasmatischen Retikulum. Dabei wurden Transgenkonzentrationen von max. 0,5 bis1 % des gesamten löslichen Proteins erreicht. Diese Ergebnisse wurden unter Verwendung von synthetischen Spinnenseidengenen fusioniert mit "Elastin-like-peptides" (ELP's) erzielt. Der Spinnenseidenanteil entspricht dem Hauptspinnenseidenprotein MaSp1. ELP's ähneln sowohl in der Sekundär- als auch in der Tertiärstruktur dem Spinnenseidenprotein Flag, der Hauptkomponente des elastischen Fangfadens. Unter Ausnutzung der extremen Löslichkeit und Hitzestabilität der Spinnenseidenproteine sowie der Fusion mit löslichkeitsverändernden Peptiden (ELP's) wurde ein effizientes Reinigungssystem entwickelt. Nur unter Anwendung von Temperaturveränderungen und durch Zugabe von Natriumchlorid können Spinnenseidenproteine zu 95 - 98 % Reinheit aus Pflanzen gewonnen werden. Aus einem kg Blattmaterial konnten 5-8 g Gesamtprotein und daraus 40 -60 mg Spinnenseiden-ELP-Protein gewonnen werden. Die Ausbeute beträgt etwa 50 %. Eine Steigerung der Ausbeute auf etwa 75 % ist bei Entwicklung eines entsprechenden technischen Prozesses zu erwarten. Durch diese Verfahren konnten erstmals rekombinante Spinnenseidenproteine aus transgenen Pflanzen in verspinnbaren Mengen gereinigt werden. Die auf diese Weise erzeugten und gereinigten Spinnenseidenproteine sind prinzipiell in Hexafluorisopropanol löslich und verspinnbar (siehe Teilvorhaben 3, TITK).

Im Rahmen des Verbundvorhabens soll die Biosynthese von maßgeschneiderten Proteinen auf der Basis der Primärstruktur nativer Seidenfibroien in transgenen Pflanzen etabliert werden. Dabei sollen die Proteinsequenzen durch ein rationales Design gezielt modifiziert werden und unter Nutzung der vielfältigen Möglichkeiten der Pflanzenbiotechnologie und des Biofarmings transgener Pflanzen in technisch relevanten Dimensionen produziert werden. Zur weiteren Verarbeitung dieses neuartigen nachwachsenden Rohstoffes sollen Verformungsverfahren zur Herstellung von Polymermaterialien als Konstruktions- und Funktionswerkstoffe für die Produktion innovativer Erzeugnisse erprobt werden. Im Teilvorhaben 2 sollen transgene Pflanzen hergestellt und analysiert werden, die verschiedene Konstrukte zur Expression der Seidenfibroine enthalten.