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Eine molekulare Sonde zur Überwachung des Stoffwechsels von Pflanzen

Wie lässt sich die Aktivität eines Enzyms in einem lebenden Organismus kontrollieren? Eine häufig angewandte Methode besteht darin, dass kodierende Gen des zu kontrollierenden Enzyms zu modifizieren. Aber es gibt auch andere Methoden, vor allem der Einsatz von kleinen organischen Molekülen. Diese agieren direkt am Enzym und ermöglichen so ein genauere Kontrolle der Enzymtätigkeit und damit des lebenden Organismus. Forscher der CEA [1], des INRA [2], des CNRS [3] und der Universitäten Joseph Fourier in Grenoble und Montpellier 2 gehörten zu den ersten, die diese Methode, auch als “chemische Genetik” bekannt, an einem pflanzlichen Organismus Arabidopsis thaliana testeten.


 

Wie lässt sich die Aktivität eines Enzyms in einem lebenden Organismus kontrollieren? Eine häufig angewandte Methode besteht darin, dass kodierende Gen des zu kontrollierenden Enzyms zu modifizieren. Aber es gibt auch andere Methoden, vor allem der Einsatz von kleinen organischen Molekülen. Diese agieren direkt am Enzym und ermöglichen so ein genauere Kontrolle der Enzymtätigkeit und damit des lebenden Organismus. Forscher der CEA [1], des INRA [2], des CNRS [3] und der Universitäten Joseph Fourier in Grenoble und Montpellier 2 gehörten zu den ersten, die diese Methode, auch als “chemische Genetik” bekannt, an einem pflanzlichen Organismus Arabidopsis thaliana testeten. Sie brauchten 10 Jahre um die richtige Verbindung aus insgesamt 24.000 Molekülen auszuwählen, anschließend 250 ähnliche Verbindungen zu synthetisieren und ihre Wirkungsweise vom isolierten Enzym bis hin zur kompletten Pflanze zu charakterisieren. Dieses kleine Molekül – oder molekulare Sonde -, das schließlich verwendet wurde, um das Enzym MGD1 zu beeinflussen, erhielt den Namen “Galvestine-1”.

 

Das Enzym MGD1 ist verantwortlich für die Synthese von Galactolipiden – wichtige Komponenten der photosynthetischen Membranen. Galactolipide sind die am häufigsten vorkommenden und wichtigsten Lipide der Biosphäre: Wird das für das Enzym MGD1 kodierende Gen entfernt, verursacht das den Tod der Pflanze. Mit dieser innovativen Methode der “chemischen Genetik” konnten die Wissenschaftler die Rolle der Galactolipide bei der pflanzlichen Entwicklung nachweisen. Die Ergebnisse wurden am 25. September 2011 in der Fachzeitschrift Nature Chemical Biology veröffentlicht. [4]

 

“Galvestine-1” ermöglichte den Forschern die Untersuchung der Reaktionen der Arabidopsis thaliana bei unterschiedlichen Galactolipide-Mengen. Indem sie die molekulare Sonde an der gewünschten Stelle und im gewünschten Entwicklungsstadium einsetzten, konnten sie den Stoffwechsel der Lipide sehr genau kontrollieren. Sie brachten beispielsweise “Galvestine-1” auf den Pollenschlauch auf, durch den die männlichen zu den weiblichen Geschlechtszellen zum Zwecke der Befruchtung gelangen und konnten so die entscheidende Rolle der Galactolipide bei der Pollenkeimung aufzeigen.

 

Neben der Bedeutung für ein besseres Verständnis der grundlegenden Mechanismen in der Pflanzenphysiologie eröffnet dieser Ansatz der “chemischen Genetik” den Weg für die Entwicklung verschiedener organischer Moleküle. Dabei interessieren sich die Forscher insbesondere für die Herstellung von optimierten Lipiden für zahlreiche biotechnologische Anwendungen, wie z.B. die Entwicklung von Herbiziden.

 

[1] CEA – Behörde für Atomenergie und alternative Energien – http://www.cea.fr

[2] INRA – französisches Institut für Agrarforschung – http://www.inra.fr

[3] CNRS – französisches Zentrum für wissenschaftliche Forschung –  http://www.cnrs.fr

[4] Originalpublikation: “Chemical inhibitors of monogalactosyldiacylglycerol synthases in Arabidopsis thaliana “, Nature Chemical Biology, online, 25.09.2011

 

 

Quellen:

– Pressemitteilung der CEA – 26.09.2011 –

http://www.cea.fr/le_cea/actualites/la_sonde_moleculaire_galvestine-1-63502

– Pressemitteilung des INRA – 26.09.2011 –

http://www.inra.fr/presse/sonde_moleculaire_galvestine

 

Redakteurin: Myrina Meunier, myrina.meunier@diplomatie.gouv.fr