Medizin • Pflanzenforschung

Ein Weg zur kostengünstigen Produktion großer Mengen antibiotisch-wirksamer Proteine

Biologie

7. Januar 2009

Die Chloroplasten in den Zellen der Tabakpflanze eignen sich gut als Produktionsort für Proteine. Bild vergrößern
Die Chloroplasten in den Zellen der Tabakpflanze eignen sich gut als Produktionsort für Proteine.

Viele schwere Erkrankungen beim Menschen werden durch Bakterien ausgelöst. Streptococcus pyogenes beispielsweise ist der Erreger verschiedener Atemwegs- und Hautkrankheiten. Er kann durch spezifische Viren - so genannte Bakteriophagen - befallen werden, die das Bakterium am Ende ihres viralen Vermehrungszyklus auflösen. Dieser Prozess wird durch sogenannte Lysine hervorgerufen, wie beispielsweise das Protein "PlyGBS", das spezifisch gegen einige Bakterienstämme der Gattung Streptococcus wirkt.

Wissenschaftlern um Ralph Bock am Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie in Golm bei Potsdam ist es nun gelungen, das Lysin-Gen in Chloroplasten der Tabakpflanze einzufügen. Dort produziert es Lysin in großer Menge. "Bis zu 70 Prozent des gesamten Proteins der Pflanze ist Lysin", sagt Bock. "Darüber hinaus erweist es sich als sehr stabil gegenüber abbauenden Enzymen - vermutlich einer der Gründe für den enorm hohen Anteil am Gesamtprotein - und in Tests an Bakterienkulturen als hoch wirksam."

Chloroplasten, die Orte der Fotosynthese in der Pflanzenzelle, eignen sich als Produktionsort für Proteine besonders gut, da sie über eigene Erbinformation verfügen und in vielen Exemplaren pro Zelle vorkommen. Die Max-Planck-Wissenschaftler arbeiten seit Jahren an der Entwicklung und Verfeinerung von Verfahren, mit denen die Erbinformation für neue Proteine in das Genom der Chloroplasten eingebracht werden kann. Dabei werden die neuen Gene auf der Oberfläche von mikroskopisch kleinen Goldpartikelchen fixiert und mit einer Kanone in die Chloroplasten geschossen.

Durch das Vorhandensein vieler Chloroplasten pro Zelle können die gewünschten Proteine in größerer Menge angereichert werden als beim Einbau der entsprechenden Gene in das Genom des Zellkerns. Darüber hinaus werden Chloroplasten in den meisten Pflanzenfamilien nur von der Mutterpflanze an die folgende Generation weiter gegeben und sind nicht im Pollen enthalten - ein großer Vorteil, um ungewollte Auskreuzungen der gentechnischen Veränderung zu verhindern.

Der Einsatz von Viren zur Bekämpfung von Bakterien ist nicht neu, bereits Anfang des letzten Jahrhunderts wurde diesbezüglich mit Bakteriophagen experimentiert. Antibakterielle Virenproteine in Pflanzen herzustellen und anschließend aufzureinigen, stellt hingegen einen innovativen und sehr vielversprechenden Ansatz für die Bekämpfung antibiotikaresistenter Bakterien dar.

Max-Planck-Gesellschaft (2008)

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