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Charakterisierung von nicht-ribosomalen Peptidsynthetasen in dem Homobasidiomyceten Omphalotus olearius

Das Projekt "Charakterisierung von nicht-ribosomalen Peptidsynthetasen in dem Homobasidiomyceten Omphalotus olearius" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Biotechnologie und Wirkstoff-Forschung (IBWF) e.V. an der TU Kaiserslautern durchgeführt. Basidiomyceten produzieren eine Vielzahl bioaktiver Sekundärmetabolite aus den verschiedensten Stoffklassen. Die Biogenese wurde bisher fast ausschließlich mit Hilfe von in vivo-Einbauversuchen untersucht. Fast nichts ist jedoch über die molekularbiologischen Grundlagen bekannt. In dem Projekt sollen am Beispiel nicht-ribosomaler Peptidsynthetasen (NRPS) erste Einblicke in dieses Gebiet gewonnen werden. Da die meisten interessanten Metabolite dem Stoffwechsel von Homobasidiomyceten entstammen, soll mit dieser Gruppe begonnen werden. Als Einstieg wurden (zyklische) Peptide gewählt, da unsere Arbeitsgruppe hier bereits umfangreiche Vorarbeiten vorweisen kann. In Omphalotus olearius konnten wir bereits ein komplettes NRPS-Biosynthecluster und drei Genfragmente mit NRPS-Homologie identifizieren. Diese sollen jetzt genauer analysiert werden in Hinblick auf die Genstrukturen, das Gencluster, die Enzyme und die Produkte. An NRPS-Produkten sind bei O. oleariusbisher die von uns gefundenen nematiziden Omphalotine und Ferrichrom A bekannt. Mit dem Ferrichrom A Synthetasegen ist es erstmals gelungen, ein NRPS-Gen in einem höheren Basidiomyceten zu identifizieren und zu analysieren, außerdem handelt es sich bei dem Gencluster um das erste in einem Homobasidiomyceten identifizierte Biosynthesegencluster. Die Omphalotine zeigen eine sehr spezifische Toxizität gegenüber phytopathogenen Nematoden, während andere Bodenorganismen und Pflanzen kaum oder überhaupt nicht beeinflusst werden, wirken schon in sehr geringen Konzentrationen und werden im Boden problemlos abgebaut. Somit entspricht diese Wirkstoffgruppe sehr gut den gehobenen Ansprüchen des modernen, nachhaltigen Pflanzenschutzes. Aufgrund der hervorragenden Wirkung und Umweltverträglichkeit gibt es bisher kein vergleichbares Produkt am Markt oder in der Entwicklung. Die Identifizierung von Genclustern, die für Peptidsynthetasegene sowie modifizierende Enzyme kodieren, können als Grundlage zum Auffinden weiterer Gene, die für die Synthese interessanter Wirkstoffe in anderen Homobasidiomyceten essentiell sind, dienen.

IBÖ-01: Metabolische Module zur Synthese pharmazeutisch wertvoller pflanzlicher Sekundärmetaboliten

Das Projekt "IBÖ-01: Metabolische Module zur Synthese pharmazeutisch wertvoller pflanzlicher Sekundärmetaboliten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Botanisches Institut, Molekulare Zellbiologie durchgeführt. Pflanzen erzeugen eine Vielzahl von medizinisch interessanten Stoffen. Allerdings entstehen die nicht in einer Einzelzelle, sondern in Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Zelltypen. Da es uns inzwischen möglich ist, Pflanzenzellen in einer Mikrofluidik-Plattform zu kultivieren, versuchen wir nun, ein solches 'Pflanzen-Gewebe' technisch nachzubauen. Damit könnte man dann in einer Art 'metabolischem Lego' verschiedene Stoffwechselleistungen kombinieren.

Biologisch aktive Sekundärmetabolite aus antarktischen Mikroorganismen

Das Projekt "Biologisch aktive Sekundärmetabolite aus antarktischen Mikroorganismen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hans-Knöll-Institut für Naturstoff-Forschung durchgeführt. Das Forschungsvorhaben entstand aus der Forschungskooperation unserer beiden Arbeitsgruppen, die in den letzten Jahren auch durch die DFG im Rahmen von Arbeitsaufenthalten Dr. Ivanova s am HKI gefördert wurde. Das Ziel der Arbeiten ist die Untersuchung von Actinomyceten antarktischer Herkunft mit bekannter taxonomischer Zuordnung hinsichtlich ihres Bildungsvermögens für bekannte und neue Sekundärmetabolite unter Einsatz chromatografischer und instrumentalanalytischer Methoden (z.B. LC-MS, ESI-MS/CID-MS/MS). Folgende Ergebnisse werden erwartet:= Isolierung und Strukturaufklärung neuer bioaktiver Strukturen= Gewinnung von Aussagen über die genetischen Reserven antarktischer Actinomyceten bezüglich Bildung von Sekundärmetaboliten.= Gewinnung von Aussagen über die globale Verbreitung von Bildnern häufig vorkommender Sekundärmetabolite von Actinomyceten und Pilzen (z.B. Nactine, Polyether, Anthracycline und sesquiterpenoide Strukturen).

SFB F37 - Fusarium

Das Projekt "SFB F37 - Fusarium" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Department für Angewandte Genetik und Zellbiologie durchgeführt. Viele pflanzenpathogene Pilze können auf befallenen Wirtspflanzen toxische Sekundärmetaboliten bilden. Im Mittelpunkt bisheriger Forschungen standen jene Substanzen, die in Getreide und daraus hergestellten Lebens- und Futtermitteln in für Mensch und Tier gesundheitsgefährdenden Mengen vorkommen. Pilze der Gattung Fusarium sind in Europa die wichtigsten Mykotoxin-Produzenten. Sie verursachen Ährenbleiche bei Weizen und anderen Getreidearten und Kolbenfäule bei Mais. In den genetischen Ressourcen und im Zuchtmaterial sind nur polygen vererbte, quantitative Unterschiede vorhanden. Die molekulare Basis von Chromosomenabschnitten, die zu erhöhter Fusarium-Resistenz beitragen, ist weitgehend unbekannt. Das Ziel unseres Projektes ist es durch ein verbessertes Verständnis der Rolle von Pilzmetaboliten in der Ausbildung von Pflanzenkrankheiten zu einem verbesserten Verständnis von Resistenz-Komponenten in der Pflanze zu kommen. Mit Hilfe moderner Methoden der Genom- und Metabolom-Forschung soll Pflanzenzüchtung von einer rein empirischen zu einer auf dem Verständnis molekularer Vorgänge basierenden Wissenschaft werden. Dies sollte es erleichtern, Fusarium-resistente Getreidesorten mit niedrigem Mykotoxingehalt zu züchten. Das Projekt basiert auf der Arbeitshypothese, dass necrotrophe Pilze wie Fusarium eine Vielzahl von Metaboliten bilden können, die die Pathogenabwehr unterdrücken, womit der ungewöhnlich große Wirtsbereich erklärbar wäre. Die bioinformatische Analyse der vollständigen Genomsequenz von Fusarium graminearum ergab, dass dieser Organismus über eine Vielzahl an Genen für Enzyme zur Bildung von Sekundärmetaboliten verfügt (15 Polyketid-Synthasen, 20 nicht-ribosomale Peptid-Synthasen und 17 Terpenoid-Synthasen). Für die meisten dieser Gene ist kein zugehöriger Metabolit bekannt. Ein wesentliches Ziel des vorliegenden Projektes ist es durch funktionelle Genomik (mittels Gendisruption) und mittels hochentwickelter Metabolom-Analysemethoden solche neuen Suppressor-Metaboliten zu identifizieren. Wenn diese Substanzen verfügbar sind, soll ihr Wirkungsmechanismus in Modellpflanzen untersucht werden. Weites soll die Transkriptom-Veränderung nach Pathogen-Infektion bzw. Elicitor-Behandlung und Toxinbehandlung untersucht werden. Wir beabsichtigen Zuchtmaterial daraufhin zu untersuchen, ob die Fähigkeit bekannte und neue Fusarium-Metaboliten zu inaktivieren in unterschiedlichem Ausmaß ausgeprägt ist. Die Validierung von Kandidatengenen soll durch Analyse von Defektmutanten (aus dem Screening einer TILLING-Population) und durch Überexpression der Kandidatengene in transgenem Weizen erfolgen. Der interdisziplinäre Ansatz, der Forscher aus Gebieten wie Bioinformatik, funktionelle Pilzgenomik, Genomanalyse von Modell- und Nutzpflanzen bis zur Pflanzenzüchtung an einem Strang ziehen lässt, ist ein Alleinstellungsmerkmal dieses Projektes.

SFB F37-Fusarium

Das Projekt "SFB F37-Fusarium" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Interuniversitäres Department für Agrarbiotechnologie durchgeführt. Viele pflanzenpathogene Pilze können auf befallenen Wirtspflanzen toxische Sekundärmetaboliten bilden. Im Mittelpunkt bisheriger Forschungen standen jene Substanzen, die in Getreide und daraus hergestellten Lebens- und Futtermitteln in für Mensch und Tier gesundheitsgefährdenden Mengen vorkommen. Pilze der Gattung Fusarium sind in Europa die wichtigsten Mykotoxin-Produzenten. Sie verursachen Ährenbleiche bei Weizen und anderen Getreidearten und Kolbenfäule bei Mais. In den genetischen Ressourcen und im Zuchtmaterial sind nur polygen vererbte, quantitative Unterschiede vorhanden. Die molekulare Basis von Chromosomenabschnitten, die zu erhöhter Fusarium-Resistenz beitragen, ist weitgehend unbekannt. Das Ziel unseres Projektes ist es durch ein verbessertes Verständnis der Rolle von Pilzmetaboliten in der Ausbildung von Pflanzenkrankheiten zu einem verbesserten Verständnis von Resistenz-Komponenten in der Pflanze zu kommen. Mit Hilfe moderner Methoden der Genom- und Metabolom-Forschung soll Pflanzenzüchtung von einer rein empirischen zu einer auf dem Verständnis molekularer Vorgänge basierenden Wissenschaft werden. Dies sollte es erleichtern, Fusarium-resistente Getreidesorten mit niedrigem Mykotoxingehalt zu züchten. Das Projekt basiert auf der Arbeitshypothese, dass necrotrophe Pilze wie Fusarium eine Vielzahl von Metaboliten bilden können, die die Pathogenabwehr unterdrücken, womit der ungewöhnlich große Wirtsbereich erklärbar wäre. Die bioinformatische Analyse der vollständigen Genomsequenz von Fusarium graminearum ergab, dass dieser Organismus über eine Vielzahl an Genen für Enzyme zur Bildung von Sekundärmetaboliten verfügt (15 Polyketid-Synthasen, 20 nicht-ribosomale Peptid-Synthasen und 17 Terpenoid-Synthasen). Für die meisten dieser Gene ist kein zugehöriger Metabolit bekannt. Ein wesentliches Ziel des vorliegenden Projektes ist es durch funktionelle Genomik (mittels Gendisruption) und mittels hochentwickelter Metabolom-Analysemethoden solche neuen Suppressor-Metaboliten zu identifizieren. Wenn diese Substanzen verfügbar sind, soll ihr Wirkungsmechanismus in Modellpflanzen untersucht werden. Weites soll die Transkriptom-Veränderung nach Pathogen-Infektion bzw. Elicitor-Behandlung und Toxinbehandlung untersucht werden. Wir beabsichtigen Zuchtmaterial daraufhin zu untersuchen, ob die Fähigkeit bekannte und neue Fusarium-Metaboliten zu inaktivieren in unterschiedlichem Ausmaß ausgeprägt ist. Die Validierung von Kandidatengenen soll durch Analyse von Defektmutanten (aus dem Screening einer TILLING-Population) und durch Überexpression der Kandidatengene in transgenem Weizen erfolgen. Der interdisziplinäre Ansatz, der Forscher aus Gebieten wie Bioinformatik, funktionelle Pilzgenomik, Genomanalyse von Modell- und Nutzpflanzen bis zur Pflanzenzüchtung an einem Strang ziehen lässt, ist ein Alleinstellungsmerkmal dieses Projektes.

Metabolomics der Pflanze - Fusarium Interaktion

Das Projekt "Metabolomics der Pflanze - Fusarium Interaktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Interuniversitäres Department für Agrarbiotechnologie durchgeführt. Viele pflanzenpathogene Pilze können auf befallenen Wirtspflanzen toxische Sekundärmetaboliten bilden. Im Mittelpunkt bisheriger Forschungen standen jene Substanzen, die in Getreide und daraus hergestellten Lebens- und Futtermitteln in für Mensch und Tier gesundheitsgefährdenden Mengen vorkommen. Pilze der Gattung Fusarium sind in Europa die wichtigsten Mykotoxin-Produzenten. Sie verursachen Ährenbleiche bei Weizen und anderen Getreidearten und Kolbenfäule bei Mais. In den genetischen Ressourcen und im Zuchtmaterial sind nur polygen vererbte, quantitative Unterschiede vorhanden. Die molekulare Basis von Chromosomenabschnitten, die zu erhöhter Fusarium-Resistenz beitragen, ist weitgehend unbekannt. Das Ziel unseres Projektes ist es durch ein verbessertes Verständnis der Rolle von Pilzmetaboliten in der Ausbildung von Pflanzenkrankheiten zu einem verbesserten Verständnis von Resistenz-Komponenten in der Pflanze zu kommen. Mit Hilfe moderner Methoden der Genom- und Metabolom-Forschung soll Pflanzenzüchtung von einer rein empirischen zu einer auf dem Verständnis molekularer Vorgänge basierenden Wissenschaft werden. Dies sollte es erleichtern, Fusarium-resistente Getreidesorten mit niedrigem Mykotoxingehalt zu züchten. Das Projekt basiert auf der Arbeitshypothese, dass necrotrophe Pilze wie Fusarium eine Vielzahl von Metaboliten bilden können, die die Pathogenabwehr unterdrücken, womit der ungewöhnlich große Wirtsbereich erklärbar wäre. Die bioinformatische Analyse der vollständigen Genomsequenz von Fusarium graminearum ergab, dass dieser Organismus über eine Vielzahl an Genen für Enzyme zur Bildung von Sekundärmetaboliten verfügt (15 Polyketid-Synthasen, 20 nicht-ribosomale Peptid-Synthasen und 17 Terpenoid-Synthasen). Für die meisten dieser Gene ist kein zugehöriger Metabolit bekannt. Ein wesentliches Ziel des vorliegenden Projektes ist es durch funktionelle Genomik (mittels Gendisruption) und mittels hochentwickelter Metabolom-Analysemethoden solche neuen Suppressor-Metaboliten zu identifizieren. Wenn diese Substanzen verfügbar sind, soll ihr Wirkungsmechanismus in Modellpflanzen untersucht werden. Weites soll die Transkriptom-Veränderung nach Pathogen-Infektion bzw. Elicitor-Behandlung und Toxinbehandlung untersucht werden. Wir beabsichtigen Zuchtmaterial daraufhin zu untersuchen, ob die Fähigkeit bekannte und neue Fusarium-Metaboliten zu inaktivieren in unterschiedlichem Ausmaß ausgeprägt ist. Die Validierung von Kandidatengenen soll durch Analyse von Defektmutanten (aus dem Screening einer TILLING-Population) und durch Überexpression der Kandidatengene in transgenem Weizen erfolgen. Der interdisziplinäre Ansatz, der Forscher aus Gebieten wie Bioinformatik, funktionelle Pilzgenomik, Genomanalyse von Modell- und Nutzpflanzen bis zur Pflanzenzüchtung an einem Strang ziehen lässt, ist ein Alleinstellungsmerkmal dieses Projektes.

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