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27.10.2022

+++ Newsticker Wissenschaft #127 +++ Biosynthesen +++

Wirkstoffe aus der Wurzelzichorie.

Die Zichorie (Cichorium intybus) oder Gemeine Wegwarte ist eine weit verbreitete Pflanze, die in ihrer kultivierten Form unter anderem als Chicoree oder Radicchio angebaut wird. Die Wurzelzichorie (Cichorium intybus var. sativum), deren Wurzel früher als Kaffeeersatz verwendet wurde, wird heutzutage hauptsächlich zur Gewinnung von Inulin genutzt. Inulin ist ein Fructosepolymer und wird als präbiotischer Ballaststoff und kalorienarmes Süßungsmittel in der Lebensmittelverarbeitung eingesetzt. Außerdem kommen in der Zichorienwurzel diverse Sesquiterpenlactone (STLs) vor. Diese Gruppe von sekundären Pflanzenstoffen besteht aus etwa 5000 verschiedenen Verbindungen, die eine typische C15-Terpenstruktur mit einem Lactonring aufweisen und zudem verschiedene Wirkungen, z.B. gegen Entzündungen, Krebs oder Schmerzen zeigen. In der Zichorie zählen Bitterstoffe wie Lactucin, 8-Desoxylactucin, Lactucopicrin und ihre Oxalate zu den STLs, die die Hauptbestandteile des Milchsaftes – auch Latex genannt – ausmachen.

Die ersten Schritte der Biosynthese dieser STLs waren bis zum Zwischenprodukt Costunolid bereits bekannt. Nun ist es Wissenschaftler/innen der Universität Wageningen und des IPB gelungen, den Biosyntheseschritt stromabwärts des Costunolids aufzuklären. Da dieses Zwischenprodukt Anti-Krebs-Bioaktivität aufweist und möglicherweise zur Entwicklung von Therapeutika dienen kann, aber im Biosyntheseweg nahezu vollständig zu STLs umgesetzt wird, zielte das Forscherteam außerdem darauf, den nachfolgenden Biosyntheseschritt zu blockieren, sodass sich Costunolid anreichert. Damit wären gleich zwei nützliche Ziele erreicht: weniger Bitterstoffe in der Zichorienwurzel und eine Möglichkeit zur Gewinnung des wertvollen, bioaktiven Costunolids.

Anhand von Sequenzähnlichkeiten zu verwandten Enzymen aus dem Mutterkraut identifizierte das Forscherteam drei Cytochrom-P450-Enzyme in der Zichorie, die Costunolid zum nächsten Zwischenprodukt Kauniolid umsetzen. Mittels Genom-Editierung mit CRISPR/Cas9 gelang es ihnen diese Kauniolidsynthasen auszuschalten und Pflanzenlinien zu generieren, die keine STLs mehr produzierten, sondern stattdessen, wie erwartet, größere Mengen an Costunolid aber auch an Costunolid-Konjugaten anreicherten. Damit präsentieren sie eine Strategie, wie in Zukunft die wertvollen Terpene der Zichorie besser genutzt werden können.

Die Studie entstand im Rahmen des EU-Horizon2020-geförderten Konsortialprojekts zur Anwendung von Neuen Gentechnischen Methoden zur Wertschöpfung aus der Mehrzweckpflanze Zichorie.

Originalpublikation:
Cankar K, Hakkert JC, Sevenier R,Campo E, Schipper B, Papastolopoulou C, Vahabi K, Tissier A, Bundock P and Bosch D (2022) CRISPR/Cas9 targeted inactivation of the kauniolide synthase in chicory results in accumulation of costunolide and its conjugates in taproots. Front. Plant Sci. 13:940003. doi: 10.3389/fpls.2022.940003

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