Bioökonomie International 2020: LiMEDisc - Verknüpfung von metabolischem Engineering mit der Identifizierung von Genen zur biotechnologischen Produktion von Camptothecin

Pflanzen bilden zahlreiche Inhaltsstoffe mit enormer Bedeutung als Medikamente oder Farb- und Duftstoffe. Da viele Pflanzen langsam wachsen, geschützt sind oder Wirkstoffe nur in geringen Mengen bilden, ist eine biotechnologische Produktion pflanzlicher Inhaltsstoffe gerade im Rahmen der Bioökonomie oftmals erstrebenswert. Dazu ist ein besseres Verständnis der biologischen Grundlagen pflanzlicher Stoffwechselwege erforderlich. Eine zentrale Herausforderung bei der Aufklärung dieser biochemischen Vorgänge ist die schlechte Verfügbarkeit von Stoffwechsel-Zwischenprodukten, die erforderlich sind, um die biologische Rolle möglicher Biosynthese-Enzyme zu untersuchen. In diesem Projekt soll dieses Problem gelöst werden durch die Verknüpfung von metabolischem Engineering mit der Identifizierung von Biosynthese-Genen. Dieses Konzept soll am Beispiel des Camptothecin erprobt werden, dessen Derivate klinisch als Krebsmedikamente eingesetzt werden. Aktuell wird Camptothecin aufwändig und nur in geringen Ausbeuten aus der Rinde von tropischen Bäumen isoliert, was hohe Kosten und eine hohe Umweltbelastung zur Folge hat. In diesem Projekt werden wir Zwischenprodukte des Camptothecin-Stoffwechsels in Hefe durch metabolisches Engineering erzeugen und diese in Kollaboration mit der Gruppe von Dr. Thu-Thuy Dang in Kanada zur Identifizierung bisher unbekannter Biosynthese-Enzyme nutzen. Die zugehörigen Gene werden anschließend in unser Hefe-System integriert, um so zunehmend komplexere Intermediate und schließlich Camptothecin selbst in Hefe zu produzieren. Insgesamt sollen so durch die Verknüpfung von metabolischem Engineering mit der Identifizierung neuer Gene die biologischen Grundlagen der Camptothecin-Biosynthese aufgeklärt sowie die Voraussetzungen für dessen biotechnologische Produktion geschaffen werden. Wir hoffen, dass in Zukunft dadurch Camptothecin-basierte Krebsmedikamente vollständig biotechnologisch erzeugt werden können.