Das Projekt "Konstruktion einer cDNA-Bibliothek von Zellsuspensionskulturen von Kornrade (Agrostemma githago L.) zum Screening auf unbekannte P450-Sequenzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Umweltforschung, Biologie V, Lehrstuhl für Umweltbiologie und -chemodynamik durchgeführt. Pflanzliche Cytochrom-P450-Monooxygenasen (P450s oder CYPs) sind wichtige Enzyme des Sekundärmetabolismus. Sie spielen weiterhin eine große Rolle im Metabolismus von Xenobiotika - wie z.B. Pestiziden, insbesondere Herbiziden. Spezies-Unterschiede in der Aktivität bestimmter P450s zum Metabolismus von Herbiziden werden als der Mechanismus angesehen, der es toleranten Pflanzenspezies ermöglicht, gegenüber Herbiziden weniger empfindlich zu sein als andere. P450s, die im Pestizid-Metabolism involviert sind, üben vermutlich auch eine Funktion im Sekundär-Metabolismus aus. CYP73A1 z.B. ist die trans-Zimtsäure-Hydroxylase aus Jerusalem-Artichoke, die auch die Ring-Methyl-Hydroxylierung von Chlortoluron katalysiert, wie durch Expression ihrer cDNA in Hefe gezeigt wurde. Ein Wissenszuwachs über P450s, die in empfindlichen und toleranten Pflanzen vorkommen, und über molekulare Mechanismen, die den P450-katalysierten Metabolismus von Herbiziden in toleranten Pflanzen verantwortlich sind, kann zu einem Verständis der Herbizid-Resistenz und ihrer Entwicklung beitragen. Auf Grund seiner Toxizität war Kornrade (Agrostemma githago L.) in der Vergangenheit ein problematisches Unkraut in europäischen Getreidefeldern. Heutzutage ist die Pflanze fast ausgestorben - als Folge des Einsatzes von Herbiziden und einer verbesserten industriellen Saatgutreinigung. In Weizenfeldern, sind eine Reihe Herbizide effektiv gegenüber Kornrade (z.B. Triasulfuron, Diuron, Metribuzin, Dicamba + 2,4-D und Bromoxynil). Obwohl bislang über Resistenz bei Kornrade nicht berichtet wurde, sind Zellsuspensionskulturen der Kornrade in der Lage, die Herbizide Metamitron und Atrazin sowie das Xenoestrogen Nonylphenol zu metabolisieren. Die Metaboliten, die identifziert wurden, entstehen durch Dealkylierung und Hydroxylierung der aromatischen und aliphatischen Teilstrukturen der Ausgangsverbindungen. Da diese Reaktionen als typisch für P450-Enzyme im Metabolismus von Xenobiotika angesehen werden, kann man vermuten, dass P450s an der beobachteten Metabolisierung beteiligt sind. In Verlauf des Projektes wurde eine Plasmid-abhängige cDNA-Bibliothek von Kornrade-Zellsuspensionskulturen konstruiert, um unbekannte P450-Sequenzen zu isolieren. Um eine erhöhte Expression von P450s zu erreichen, wurden die Zellen mit dem Herbizid-Safener Benoxacor behandelt, von dem bekannt ist, dass er den P450-Gehalt von Mais-Keimlingen deutlich erhöht. Um sicherzustellen, dass die Kornradezellen der Suspensionskultur die gewünschten Enzyme noch exprimieren, wurde ihre Fähigkeit, 4-n-Nonylphenol (4-n-NP) durch Oxidation zu metabolisieren, in einer Metabolismus-Studie mit dem radioaktiv-markierten (ring-U-14C)4-n-Nonylphenol überprüft. Nach Anwendung verschiedener molekularbiologischer Techniken konnten letztlich mittels einer PCR-Strategie unter Verwendung P450-spezifischer degenerierter Primer zwei PCR-Produkte kloniert werden. U.s.w.
Das Projekt "Nonylphenol Metabolismus von Sphingomonas TTNP3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Umweltforschung, Biologie V, Lehrstuhl für Umweltbiologie und -chemodynamik durchgeführt. Nonylphenol, ein persistente Xenoestrogen, ist das Endprodukt der im Großmaßstab hergestellten Industriechemikalie NPEO, die aus einem technischen NP-Gemisch (über 20 Isomeren mit unterschiedlich verzweigten Alkylketten) synthetisiert wird. In der Kläranlage erfolgt die Elimination von NP vermutlich durch die aerob-biologische Behandlungsstufe, wobei die Biocoenose die Substanz als Kohlenstoff- und Energiequelle nutzt. Da der mikrobielle Abbau einen der wichtigsten Eliminationspfade darstellt, müssen sinnvollerweise die für diesen Prozeß verantwortlichen Mikroorganismen untersucht werden. Neue Erkenntnisse im Bereich der Physiologie dieser speziellen Bakterien können zu einer verbesserten Eliminationsleistung herkömmlicher Kläranlagen führen und dazu beitragen, die Bedingungen in membrangestützten Klärwerksstufen zu optimieren. Bis jetzt wurde nur eine Bakterienart aus Abwasser isoliert, die die verzweigten Isomere des NP metabolisieren kann, und als Sphingomonas identifiziert. Bisherige Veröffentlichungen zum mikrobiellen Abbau des Nonylphenols zeigen deutlich, daß sich die Metabolismusstudien erst in ihren Anfängen befinden und hier umfangreicher Forschungsbedarf besteht. Abbaustudien von NP sind durch die große Anzahl der Alkylgruppen-Isomere erschwert, die zu einem komplexen Katabolit-Pattern führen kann. Eine weitere Schwierigkeit solcher Untersuchungen liegt in der starken Hydrophobizität des NP, die eine aussagekräftige Analytik nach Standardmethoden unmöglich macht. Anhand eines reinen NP-Isomers, das unmarkiert und radioaktiv synthetisiert wurde, wurden die Abbauleistungen von Sphingomonas TTNP3 und die Verwertung dieses EDC durch den Mikroorganismus ermittelt. Zur Zeit wird an der weitere Aufklärung des NP Metabolismus geforscht.