Das Projekt "Konstruktion chimärer Gene - Teilvorhaben 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie durchgeführt. Im Rahmen des beantragten Vorhabens sollen durch Transformation gentechnisch veränderte Zuckerrübenpflanzen hergestellt werden, die eine Produktion linearer, hochmolekularer Polysaccharide ermöglichen. Die Polysaccharide, insbesondere hochmolekulares Polyfruktan vom Inulin-Typ, sollen aus den Zuckerrüben isoliert und auf ihre Eignung als nachwachsende Rohstoffe für eine industrielle Verarbeitung untersucht werden. Das Vorhaben schließt an ein dreijähriges Projekt an, bei dem bakterielle Gen in Kartoffel und Zuckerrübe exprimiert und Fruktane des Levan sowie des Inulintyps hergestellt wurden. Im Anschlußvorhaben soll ein bakterielles Gen, das die Synthese von hochmolekularem Inulin in transgenen Pflanzen erlaubt, optimiert werden. Darüber hinaus sollen Gene pilzlichen und pflanzlichen Ursprungs kloniert und in Pflanzen exprimiert werden, um Fruktane unterschiedlicher Kettenlängen herzustellen. Zur Steigerung der Syntheserate von Inulin wurde die bakterielle Inulinsucrase aus Streptococcus mutans modifiziert. Damit konnte zwar die Transkriptionsrate gesteigert werden, nicht aber die Translationseffizienz. Weiterhin wurden die Gene für zwei pilzliche Fruktosyltransferasen kloniert. Hiervon erwies sich die saccharoseabhängige Fruktosyltransferase aus Aspergillus sydowi in Pflanzen als funktionell exprimierbar. Die synthetisierten Fruktan-Oligomere wiesen Polymerisationsgrade von bis zu 50 auf. Dies kann als Hinweis auf eine labile Komponente oder eine eventuelle Membranassoziation des Enzyms in den transgenen Pflanzen gedeutet werden. Untersuchungen des mit Hilfe pilzlicher Conidien gewonnenen Polymers weisen für dieses Inulin einen Verzweigungsgrad von mehr als 5 Prozent aus. Es ist damit nicht für technische Einsatzzwecke geeignet. Unter Verwendung von heterologen Sonden konnten zwei pflanzliche Fruktosyltransferase-Gene aus Artischocke und Topinambur kloniert werden. Bei Versuchen zur Expression der 1-FFT-Gene in Tabakprotoplasten zeigte sich, dass das Topinambur-Enzym das Trisaccharid 1-Kestose gut als Substrat nutzen kann, wohingegen das Artischocken-Enzym längerkettige Polymere aufbaut. Die Expression der 1-SST und 1-FFT aus Artischocke in transgenen Kartoffeln führte zur Akkumulation eines Inulins mit einem Polymerisationsgrad von max. 200, bei einem Gewichtsanteil in der Trockenmasse von 5 Prozent. Da die Produktion transgener Zuckerrüben nicht gelang, wurde eine Kartoffellinie transformiert, bei der die Stärkesynthese blockiert ist, die also Zucker anreichert. Dies führte zu einer Steigerung des Inulingehalts um den Faktor 1,5 bis 1,8. Dabei wurde der Ertragsverlust, der durch die Inhibition der Stärkesynthese ausgelöst wird, durch die Inulineinlagerung in einzelnen Linien vollständig aufgefangen. Es besteht daher Grund zur Annahme, dass in saccharosespeichernden Arten, wie z.B. Zuckerrübe, hohe Inulinausbeuten erzielt werden können.
Das Projekt "Untersuchungen zur Optimierung von Anbau und Qualitaet der Artischocke (Cynara scolymus L.) als Arzneipflanze" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Gießen, Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung I, Lehrstuhl für Pflanzenzüchtung, Professur für Pflanzenbau durchgeführt. In der Phytopharmazie werden Extrakte aus der Artischocke seit langem als Mittel gegen Verdauungsbeschwerden (Dyspepsie) eingesetzt. Die Zielstellung des Projektes besteht in der Verbesserung der Anbau- und Qualitätseigenschaften der Artischocke für die Nutzung als Arzneipflanze. Es sollen geeignete Herkünfte bzw. Sorten der Artischocke für die pharmazeutische Anwendung selektiert und in ein Anbauverfahren integriert werden. Dazu sind die äußeren und inneren Parameter der Drogenqualität der Artischocke zu quantifizieren und Strategien für die Optimierung von Anbau und Qualität dieser Blattdrogenpflanze für heimische Standortbedingungen zu entwickeln. Vorgesehen sind Feldversuche mit verschiedenen Herkünften und Akzessionen, populationsgenetische Untersuchungen mittels RAPD-PCR, Qualitätsanalysen hinsichtlich der Inhaltsstoffgehalte, Selektion und Vermehrung geeigneter Einzelpflanzen, pflanzenbauliche Feldversuche sowie Produktionsexperimente. Erwartet werden Ergebnisse zur Eignung und Verbesserung vorhandener Sorten und Herkünfte der Artischocke für die pharmazeutische Nutzung sowie Empfehlungen für den praktischen Anbau der Artischocke als Blattdrogenpflanze unter heimischen Standortbedingungen.
Das Projekt "Teilvorhaben 3: Ausarbeitung einer Produktextraktionstechnologie, Produktherstellung, Derivatisierung, Charakterisierung und anwendungstechnischen Prüfung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Südzucker AG durchgeführt. Das Vorhaben beschäftigt sich neben der Ausarbeitung eines Verfahrens zur Gewinnung von längerkettigem Inulin aus Pflanzenmaterial mit der biotechnologischen Synthese von hochmolekularem Inulin. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Charakterisierung und Derivatisierung des Inulins sowie bei den anwendungstechnischen Untersuchungen der Produkte. Der Blütenboden der Artischocke diente zur Isolierung von längerkettigem Inulin (mittlerer Polymerisationsgrad 43). Die für die Synthese des Inulins codierenden Gene sind isoliert und in das Genom der Kartoffelpflanze eingebaut worden (Verbundpartner: MPI-Golm). Dabei handelt es sich um die beiden Enzyme SST (Saccharose:Saccharose-Fructosyltransferase) und FFT (Fructan: Fructan-Fructosyltransferase). Das Inulin konnte aus den gelieferten Kartoffelknollen im halbtechnischen Maßstab isoliert werden. Ein bakterielles Gen für eine Fructosyltransferase ergab nach Modifikation, durchgeführt beim Unterauftragnehmer Universität Stuttgart (IIG), und Einbau in E. coli ein ausreichend aktives Enzym. Hochmolekulares Inulin konnte so im kg-Maßstab hergestellt und mit dessen umfassender Charakterisierung (FhG-IAP/Teltow) hinsichtlich der Molmasse, der Molmassenverteilung und der Primärstruktur (linear oder verzweigt) begonnen werden. Die ersten Resultate deuten auf ein gering verzweigtes (3-5Prozent) hochmolekulares Inulin (MW ? 50?106 g/mol ) mit einer Polydispersität von 1,4 hin. Ester- und Etherderivate, hergestellt unter anderem durch quasi lösungsmittelfreie Umsetzungen, zeigen je nach ihren strukturellen Charakteristika interessante Applikationspotentiale, wie z. B. als Tenside, Emulgatoren oder Flockungsmittel bzw. Sequestierungsmittel und werden zur Zeit hinsichtlich der Produkteigenschaften und des Anwendungsprofil optimiert.