ETH Zürich: Erstaunliche Entdeckung zu Hefe

Forscher der ETH Zürich haben es geschafft, aus einem nicht pflanzlichen Organismus Stärke herzustellen, nämlich aus der Hefe. Damit ist ein neues Modellsystem entstanden.

Dieses hilft dabei, herauszufinden, wie die Enzyme bei diesem Transformationsprozess beteiligt sind. Durch Hefe könnten verschiedene Stärkesorten produziert werden.

Von der Ackerschmalwand zur Stärke

Eigentlich produzieren nur Pflanzen und Algen Stärke. Dank den Schweizer Forschern kann das nun auch Hefe. Den Experten zufolge ist es gelungen, Hefe die pflanzliche Maschinerie einzubauen, die den Speicherzucker herstellt. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden dem Genom der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) die Baupläne für sieben an der Stärke-Synthese beteiligten Enzyme entnommen. Diese wurden ins Genom der Hefe eingepflanzt. Anschliessend sind alle Enzyme entfernt worden, die am Aufbau von Glykogen, dem Speicherzucker der Hefe, beteiligt sind. Denn diese würden die Stärke-Synthese stören.

Insgesamt haben die Wissenschaftler über 200 Hefestämme generiert – einige davon mit allen sieben Enzymen, andere mit verschiedenen reduzierten Sets. Entsprechend produzierten die Stämme entweder Stärke, die derjenigen der Arabidopsis stark ähnelt, keine Stärke oder aber Stärkeprodukte mit unterschiedlich intensiven Veränderungen. Neben der klassischen Jodfärbung und etablierten bildgebenden Verfahren wurde auch die am Paul Scherrer Institut neu entwickelte ptychografische Kryo-Röntgentomografie verwendet. Damit bestimmten die Forscher die Dichte der in der Hefezelle hergestellten Produkte.

Was passiert, wenn ein Enzym ausfällt?

Das Resultat der Forschung: Stämme mit allen sieben Enzymen stellten Stärke her, die sich von der Arabidopsis-Stärke nur minimal unterscheidet. Überraschend waren allerdings die Produkte von Stämmen, denen einzelne oder mehrere Enzyme fehlten: Je nach Kombination stellten einige davon trotzdem eine Art Stärke her.

„Die Stärke-Synthese ist nicht linear. Fällt ein Enzym aus, arbeiten die verbleibenden trotzdem weiter und bauen einfach ein etwas anderes Produkt“, so ETH-Professor Samuel Zeeman. Er und sein Team konnten auch zeigen, dass die Stärke-Synthese je nach Kombination der anderen Enzyme auch ohne Entzweiungsenzym funktioniert. Dieses entfernt während der Stärke-Synthese überschüssige Verzweigungen in den entstehenden Zuckerketten und galt bisher für die Stärkebildung als unverzichtbar.

„Das Hefesystem ist momentan ein reines Forschungsinstrument“, führt Zeeman weiter aus. Damit sei es möglich, die Stärke-Synthese zu simulieren und auf diese Weise die individuellen Rollen der beteiligten Enzyme sowie die Bildung der komplizierten Struktur der Stärke genauer zu erforschen. „Das ist viel schneller und einfacher als in Pflanzen“, unterstreicht Zeeman. Nach zukünftigen Anwendungsmöglichkeiten gefragt, fügt er an: „Natürlich ist es denkbar, im Hefe-System neuartige Modifikationen an der Stärke auszuprobieren und dadurch zu versuchen, ihre Eigenschaften für bestimmte Einsatzgebiete zu verbessern.“

 

Artikel von: pressetext.redaktion
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