Forschung

Mikrobielle Zellfabriken wie spezialisierte Bakterien, Hefen und Pilze werden zur Herstellung relevanter Verbindungen und technischer Biomoleküle wie Rohstoffe, Feinchemikalien, Lebensmittelzusätze und Biopharmazeutika eingesetzt. Maßgeschneiderte robuste Mikroorganismen, die neuartige biologische Verhaltensweisen zeigen, produzieren diese Produkte auf nicht-chemische Weise und nutzen dabei die Werkzeuge der Natur, im Allgemeinen unter Verwendung erneuerbarer Substrate wie Glukose oder industrieller Nebenströme. C1-Rohstoffe wie Methan, Methanol, Formiat, CO2 und CO haben wichtige Vorteile gegenüber herkömmlichen organischen Kohlenstoffquellen wie Glukose. Sie sind günstig, können auf erneuerbare Weise aus CO2 gewonnen werden, konkurrieren nicht mit Lebens- oder Futtermitteln und erfordern keine aufwändige Vorverarbeitung aus komplexen landwirtschaftlichen Nebenströmen. Der Einsatz von C1-Substraten in mikrobiellen Zellfabriken würde eine von Natur aus nachhaltige Kohlenstoffkreislaufwirtschaft gewährleisten. Aufgrund der relativen Neuheit dieses Ansatzes sind jedoch weitere Arbeiten erforderlich, um abiotische C1-Substrate mit biologischen Rohstoffen konkurrieren zu lassen. Das CiTrY-Projekt wird zu diesem Ziel beitragen, indem es Transportmechanismen der C1-Substrate über Plasma- und Organellenmembranen der mikrobiellen Zellfabriken untersucht und verbessert. Bisher wenig beforschte Proteine ​​und Proteinfamilien werden untersucht, moderne Protein-Engineering-Strategien und Hochdurchsatz-Screening durchgeführt und ein neuartiger Ansatz zum Organellenmembran-Targeting entwickelt.

Theoretischer Rahmen Einer der ersten spezifischen Abwehrmechanismen gegen eindringende Pathogene und Selbstantigene ist das Komplementsystem, das durch Immunglobuline (Igs) aktiviert wird. Igs binden spezifisch an das Antigen des Pathogens und ermöglichen dadurch das Andocken des C1q-Komplement-Initiationskomplexes. Zwei Faktoren, die die Komplementaktivierung beeinflussen, wurden bisher noch nicht im Detail untersucht. Erstens das Format des Antigens, beschrieben durch die chemische Natur, die molekulare Größe und die Art der Präsentation (als lösliche Substanz oder eingebettet in Vesikel zur Nachahmung der Zelloberfläche). Zweitens, der große Unterschied in der Komplementaktivierung, der sich aus dem Grad der Oligomerisierung der IgMs ergibt. Zielsetzung Das übergeordnete Ziel des pent/hexIgM-Projekts ist die Aufklärung der Aktivierungsstellen von C1q und der IgM-Fc nach Bindung von pentameren und hexameren IgMs an unterschiedliche Antigenformate. Herangehensweise/Methoden Wir werden rekombinante IgMs und das C1q-Protein in Säugetierzellen herstellen und Mutanten davon durch Hefeoberflächendisplay generieren. Anschließend werden wir die biologischen Aktivitäten der generierten Proteine in vitro durch immunchemische und biophysikalische Analysen sowie durch Funktionstests bestätigen. Vor allem aber werden wir den Einfluss des Antigenformats und des Oligomerisierungsgrades der IgMs (pentamere versus hexamere IgMs) auf die Aktivierung des Komplementsystems aufklären. Grad der Originalität Obwohl IgMs in Kombination mit Komplementproteinen eine wichtige Funktion im menschlichen Körper haben, werden diese Proteine in Therapie und Diagnostik noch nicht breit eingesetzt. Die Ergebnisse des pent/hexIgM-Projekts werden zum Verständnis der komplexen Mechanismen beitragen, die der Aktivierung der Komplementkaskade zugrunde liegen, und Daten liefern, die für die Entwicklung neuer Diagnostik und effizienter Behandlungsmethoden für verschiedene infektiöse, entzündliche, chronische und Krebserkrankungen von besonderer Bedeutung sind.

Für die Pflanzenphysiologie ist Magnesium ein wichtiger Bestandteil des Chlorophylls. Niedriger Mg-Gehalt in den Blättern von Weinreben reduziert die Photosynthese und damit die Glukoseproduktion, was zu einer verminderten Zuckerreife und folglich geringeren Weinqualität führt. Um diesen Mangel zu entschärfen, ist die richtige Wahl der Unterlage essentiell. Jedoch engt die Tatsache der notwendigen Mg Effizienz die Auswahl der Unterlagen ein und insbesondere die hierzulande bewährten Unterlagen sind dafür weniger geeignet. Auch mittels Düngung über die Blätter kann der Mangel zumindest kurzfristig behoben werden. Die aber nachhaltigste Lösung wäre Klone zu pflanzen die einen unproblematischen Mg Stoffwechsel aufweisen. Eine wichtige Rebsorte für den österreichischen Weinbau ist davon besonders betroffen nämlich der Welschriesling (WR). Die WR Klone, welche dem heimischen Weinbau zur Verfügung stehen, zeigen alle mehr oder minder eine schwache Mg Aufnahme. Die Sorte ist doch einige Jahrhunderte in weinbaulicher Benützung wurde intensiv kultviert und sollte daher in verschiedenen genetischen Typen vorliegen. Da alte Beschreibungen von diesem Mg Mangel nicht berichten ist es durchwegs vorstellbar, dass in alten Genotypen eine Genomik befindet, die eine normale Mg Verwertung zeigt. Daher wäre es nötig Genotypen zu suchen, die eine bessere Aufnahme zeigen und diese Aufnahme auch genetisch erforschen. Es ist allgemein bekannt, dass die phänotypische Variation bei Nutzpflanzen durch die genetische Variation ihrer Vorfahren und die Auswahl und Erhaltung von Mutationssammlungen geprägt wird. Der Großteil dieser Variation ist quantitativ. Daher besteht ein wesentliches Ziel der Genetik mehr denn je darin, zu identifizieren und für die Selektion entsprechende Bio-Marker zu benutzen. Damit könnten für die Selektion von WR entsprechende Bio-Marker entwickelt werden, die eine Unterscheidung in Mg effiziente und solche die ineffizient sind, ermögliche, was für Weinbauern sehr wichtig ist. Neue Klone mit Mg Effizienz würden eine Stärkung der heimischen Rebschulen und des Weinbaues bedeuten und könnte auch bedeuten, dass Rebmaterial davon in die Nachbarländer Ungarn, Kroatien, Slowenien und Slowakei geliefert werden kann, weil dort das Problem auch besteht. Es würde sich damit ein Wettbewerbsvorteil für die heimischen Pflanzgut Betriebe ergeben.