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The development of tools and effective strategies for the optimisation of useful secondary METAbolite PROduction in planta

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Isoprenoide aus Tomaten und Kartoffel

Isoprenoide (ISO) sind natürliche Bestandteile von Kosmetika, Aromen, Farbstoffen und Nahrungsergänzungsmitteln. Derzeit werden sie mit geringen Ausbeuten aus langsam wachsenden Pflanzenarten hergestellt, die nicht für die landwirtschaftliche Produktion genutzt werden.

Klimawandel und Umwelt

Sie bilden eine große und vielseitige Klasse von natürlich vorkommenden Lipiden und werden auch Terpenoide genannt. Diese organischen Chemikalien können in allen Klassen von Lebewesen gefunden werden und stellen die größte Gruppe unter den Naturprodukten. Isoprenoide aus Pflanzen sind bekannt für ihre aromatischen Eigenschaften. Sie werden für traditionelle pflanzliche Heilmitteln verwendet, darüber hinaus untersicht man ihre Eignung für antibakterielle, antineoplastische und andere pharmazeutische Anwendungen. Der Weltmarkt für Isoprenoide hat einen Wert von rund 1 Milliarde USD pro Jahr. Das EU-geförderte Projekt METAPRO wollte die Produktion mehrerer nützlicher Isoprenoide optimieren, um die Instrumente und Strategien zu demonstrieren, die für die generische Herstellung von nützlichen Sekundärmetaboliten in Pflanzen entwickelt wurden. Demonstriert wurden Ansätze der Gentechnik für die Bildung und Astaxanthin und die Crocin-Produktion mit Tomaten und Kartoffeln. Diese Pflanzen werden auf der ganzen Welt viel angebaut und daher offen für moderne landwirtschaftliche Praktiken. Die meisten der grundlegenden Reaktionen bei der Bildung von Isoprenoiden wurden bereits vorher beschrieben. Die Projektergebnisse zeigen, dass der Sekundärstoffwechsel keine separate Einheit bildet, sondern eine Komponente, die mit Primär- und Zwischenstoffwechsel verbunden ist. Auch wurde deutlich, dass Biosynthese und Sequestrierung miteinander verknüpft sind und Veränderungen in der Metabolit-Zusammensetzung die zellulären Strukturen für die Abscheidung verändern können. Bei Versuchen kam es sowohl zu enzymatischem als auch nicht-enzymatischem Abbau von synthetisierten Isoprenoiden. Um dieses Hindernis zu überwinden, wurde eine Down-Stream-Verkapselung zur Unterstützung der Produktstabilität entwickelt. Die Umsetzung der neuen Strategien führte zur Erzeugung von außergewöhnlich hohen Mengen an Isoprenoiden. Die Prototypen stehen für ihren Einsatz in der Produktion sowie für technische und wirtschaftliche Machbarkeitsstudien mit einer breiten Palette von Ketocarotinoid produzierenden Sorten zur Verfügung. Die Erkenntnisse aus METAPRO werden weiterhin bei jeder Gelegenheit an die wissenschaftliche Gemeinschaft, die Öffentlichkeit, Schulen und Behörden verbreitet. Im Laufe des Projekts wurden 30 begutachtete Artikel in einflussreichen Zeitschriften wie Science, PNAS und Plant Cell veröffentlicht. Das Projekt erweiterte grundlegende wissenschaftliche Kenntnisse und zeigte mögliche Verbesserungen für eine nachhaltige Bio-Produktion auf. Es wurde dargestellt, wie typischerweise durch chemische Synthese erzeugte Verbindungen auch in erneuerbaren Bio-Quellen in wettbewerbsfähigen Mengen hergestellt werden können.

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18 September 2005