Pflanzliches Verfahren zur Herstellung von 12-Oxophytodiensäure

Biologen forschen an neuem Mittel gegen Fraßfeinde

Vor diesen Fraßschäden kann Jasmonsäure schützen. Doch bisher war es sehr teuer, sie herzustellen. Das hat sich nun geändert. Fotos: Universität Bielefeld

Pflanzen stellen das Hormon Jasmonsäure her, wenn sie angegriffen werden. So sorgen sie dafür, dass ihre Blätter Fraßfeinden nicht mehr schmecken. Biologen wollen erfahren, ob Vorstufen oder andere Varianten der Jasmonsäure zu ähnlichen oder abweichenden Effekten führen. Doch für Experimente waren solche Abkömmlinge des Hormons bislang zu teuer und nur schwer zu bekommen.

Forscher der Universität Bielefeld haben ein Verfahren gefunden, das die Produktion von 12-Oxophytodiensäure (12-OPDA), einer biologisch bedeutenden Vorstufe der Jasmonsäure, effizienter und günstiger machen könnte.

Pflanzen auf verändertes Klima vorbereiten

"Jasmonsäure kann zum Beispiel die Freisetzung von giftigen Stoffen wie Nikotin in den Blättern anstoßen, die den Angreifern schaden", erklärt der Bielefelder Biologe Prof. Dr. Karl-Josef Dietz. "Tabakpflanzen stoßen eine abgewandelte Form der Jasmonsäure aus und bringen so benachbarte Pflanzen dazu, sich auf Angriffe vorzubereiten", sagt Dietz. "Jasmonsäure wirkt auch heilend und kann in Gang setzen, dass sich beschädigte Blätter regenerieren."

Dietz leitet die Arbeitsgruppe Biochemie und Physiologie der Pflanzen der Universität Bielefeld. Er erforscht, wie Pflanzen auf Stress reagieren und arbeitet daran, ihre Reaktion zu verändern und zu optimieren. "Damit können wir Pflanzen zum Beispiel auf die veränderten Umweltbedingungen infolge des Klimawandels vorbereiten."

Falls das wärmere Klima dazu führt, dass die Käfer-Populationen zunehmen, könnten Pflanzen etwa mit der Fähigkeit ausgestattet werden, diesen Angreifern mit Bitterstoffen zu schaden.

"Uns interessiert die Wirkung von Vorformen der Jasmonsäure, wie das 12-OPDA, das nur im Milligramm-Bereich zu bekommen ist und dann mehrere hundert Euro kostet", erläutert Dietz.

Enzyme für synthetische Zwecke optimiert

"Der hohe Preis kommt durch die arbeitsintensive Herstellung zustande, da auf klassisch-chemischen Wege die Herstellung von 12-OPDA äußerst aufwändig und mit vielen Reaktionsstufen verbunden ist", sagt der Chemiker Prof. Dr. Harald Gröger. Er leitet die Arbeitsgruppe Industrielle Organische Chemie und Biotechnologie an der Universität Bielefeld. Gemeinsam mit Dietz entwickelte er die Idee, 12-OPDA als Vorstufe von Jasmonsäure in einem effizienten und synthetisch neuartigen Verfahren herzustellen. Beide Wissenschaftler forschen am Centrum für Biotechnologie (CeBiTec) der Universität Bielefeld.

Das neue Verfahren greift das Prinzip aus den Pflanzenzellen auf: Es nutzt die Enzyme als Katalysatoren der Pflanzen in für synthetische Zwecke optimierter Form. "Wichtig ist, dass diese Enzyme im richtigen Verhältnis eingesetzt werden", sagt Jana Löwe. Sie ist Erstautorin der neuen Studie und forscht in Grögers Arbeitsgruppe. Der Clou des neuen Verfahrens: Wenn alle Startbedingungen stimmen, läuft es anschließend von selbst.

"Wie die Pflanzen verwenden wir die einfach zugängliche Linolensäure in Kombination mit lediglich drei Enzym-Reaktionen", erklärt Löwe. Linolensäure kann zum Beispiel aus Rapsöl gewonnen werden. Das erste Enzym baut den Sauerstoff aus der Luft in die Linolensäure ein. Darauf aufbauend erzeugt das zweite Enzym ein hochlabiles Zwischenprodukt, das dann vom dritten Enzym in 12-OPDA umgewandelt wird.

Bibliothek von OPDA-Abkömmlingen erstellt

Danach kann das 12-OPDA direkt in biologischen Studien eingesetzt oder in weitere Stoffe umgewandelt werden, die zum Beispiel für Dietz' Experimente gebraucht werden. Auch dafür hat Löwe ein Verfahren entwickelt. "Damit steht uns eine Bibliothek von Abkömmlingen von 12-OPDA für pflanzenphysiologische Untersuchungen zur Verfügung", sagt Dietz.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat Grögers Arbeitsgruppe für das Forschungsprojekt zu 12-OPDA finanziell unterstützt. Die Förderung lief über die BMBF-Initiative "Nächste Generation biotechnologischer Verfahren - Biotechnologie 2020+".

Dieser Artikel erschien in der Ausgabe NEUE LANDSCHAFT 08/2020 .

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