Das Projekt "IBÖ-05: SchuPlaHolz - Um die Widerstandsfähigkeit von Holzwerkstoffen zu stärken kommen v.a. umweltgefährliche und gesundheitsgefährdende Chemikalien zum Einsatz. Unser Ziel ist es durch Elizitierung einer Pflanzenzellkultur mit Pilzen, ein biobasiertes Schutzmittel für Holzwerkstoffe zu entwickeln" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Bereich Ingenieurwissenschaften, Institut für Naturstofftechnik, Professur für Bioverfahrenstechnik durchgeführt. Das Ziel der geplanten Arbeiten besteht darin, mit Pflanzenzellen basierend auf den biochemischen Mechanismen bei der Abwehr ausgewählter Schimmelpilze ein natürliches Schutzmittel für Holzwerkstoffe zu entwickeln. Der gezielte Einsatz sog. Elizitoren, beispielsweise biotischer Herkunft (z.B. Schädlinge) in der pflanzlichen Zellkultur löst die pflanzeneigene Abwehrreaktion aus, was mit Hinblick auf die Wirkstoffproduktion zur Ausbeutesteigerung genutzt werden kann. Die Professur für Bioverfahrenstechnik (TU Dresden) greift auf langjährige Erfahrungen mit der Kultivierung von Pflanzenzellen zur Produktion pflanzlicher Sekundärmetabolite in verschiedenen Maßstäben zurück. In Kooperation mit der Professur für Holztechnik und Faserwerkstofftechnik (TU Dresden), welche das Know-How bezüglich der biologischen Modifikation von Holz und -werkstoffen besitzt, soll ein innovatives Produkt mit erheblichem Mehrwert für die Bioökonomie entwickelt werden. Vorangegangene Untersuchungen beider Kooperationspartner stellten an Holzwerkstoffen vielversprechende Wirkungen von aus Salbei in vitro Kulturen gewonnenen Extrakten heraus. Weitere Untersuchungen zeigten, dass die Produktion von Sekundärmetaboliten durch Elizitierung mit Pilzmediumfiltraten in der Salbeizellkultur signifikant gesteigert werden kann. Das Ziel der geplanten Sondierungsphase besteht in der Optimierung der Elizitierung mit Pilzmediumfiltraten, wobei die maximale Schutzwirkung der pflanzlichen Extrakte angestrebt werden soll. Hierfür gilt es im Rahmen des Vorhabens im Pilzmediumfiltrat potentiell elizitierende Leitsubstanzen zu identifizieren. Mit diesem Wissen soll die Pilzkultur so optimiert werden, dass die Wirkstoffausbeute in der Salbeizellkultur maximiert wird. Anschließende Untersuchungen beschäftigen sich mit einem Scale-Up des Produktionsprozesses. Weiterhin wird eine Formulierung des gewonnenen Wirkstoffextraktes angestrebt, welche gezielt zur Modifikation von Holz und -werkstoffen eingesetzt werden kann.
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 "Einfluss von Innenraumfaktoren auf die Allergenexpression in Hausstaubmilben und auf damit verknüpfte Mechanismen der Hausstaubmilbenallergie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bayerisches Staatsministerium für Landesentwicklung und Umweltfragen durchgeführt. Im Rahmen des Projektes wurde der Einfluss ausgewählter Innenraumverunreinigungen auf die quantitative und qualitative Allergenexpression von Hausstaubmilben untersucht. Ziel war es, zu klären, ob sich das Ausmaß der Allergenproduktion bei schadstoffexponierten Hausstaubmilben ändert bzw. zunimmt und welchen Einfluss Allergenextrakte aus schadstoffexponierten Hausstaubmilben im Vergleich mit solchen aus nicht-exponierten Kontrolltieren haben.