Pflanzenendophyten als neue Bioressource

Die natürliche Diversität repräsentiert einen unerschöpflichen Pool an Biostrukturen und stellt somit die Hauptquelle für Enzyme und Metabolite für Anwendungen in Industrie, Medizin, Landwirtschaft und Umwelt dar. Insbesondere reflektiert die Welt der Mikroben eine immense genetische und metabolische Diversität, die zu einem großen Ausmaß unbekannt ist, jedoch ein sehr hohes Potential für Anwendungen beinhaltet. Allerdings kann nur in geringer Anteil dieser Mikroben kultiviert werden. In den letzten Jahren wurden allerdings Methoden entwickelt, die Welt der unkultivierbaren Mikroorganismen auf der genetischen Ebene zu erfassen. Der verfügbare Pool an Biostrukturen wird durch das spezifische Habitat einer mikrobiellen Population bestimmt. Ein interessantes, aber derzeit noch kaum erforschtes Habitat stellt die Endophytenpopulation von Pflanzen dar, das durch intensive Interaktionen von biologischen Aktivitäten von Pflanzen mit Mikroorganismen geprägt ist. Es kann daher angenomme werden, dass dieses Habitat sehr interessante Biostrukturen auf Ebene der Enzyme und Metabolite enthält. Dieses Projekt zielt auf die Erschließung des Pflanzenendophyten Habitats um eine neue Diversität von Biostrukturen mit Potential für Biokatalytische und landwirtschaftliche Anwendungen zu erfassen. Es werden Metagenom-Genbibliotheken von endophytischen mikrobiellen Populationen erstellt, um so eine neue Bioressource auf Metagenomebene zu erstellen. Obwohl dieses Projekt auf bestimmte Enzyme ausgerichtet ist, stellen die Metagenombanken eine neue Ressource nicht nur Enzyme, sondern auch für Metabolite dar. Es werden einerseits Expressions-Genbibliotheken mit kleinen Inserts zum Screenen nach neuen Enzymen, andererseits auch Bibliotheken mit großen Inserts zur Erforschung der metabolischen Diversität erstellt. Dazu werden zwei interessante Habitate herangezogen. Crocus albiflorus, eine alpine Wildpflanze die effizient bei niedrigen Temperaturen wachsen kann und Kartoffel, die von hoher landwirtschaftlicher Bedeutung ist. Ein problem bei der Suche nach neuen Enzymen stellt die funktionelle Expression dar. Es wird daher auch daran gearbeitet, neben dem Standard E.coli System auch Bacillus und Streptomyces Expressionssysteme für das Screening zu entwickeln. Die erstellten Metagenombibliotheken werden mit Hochdurchsatzmethoden auf biokatalytisch interessante hydrolytische Enzyme gescreent. Hits werden hinsichtlich ihrer molekularen Struktur und den biokatalytischen Eigenschaften detailliert untersucht. Weiters wird nach ACC Terminase Varianten, die für landwirtschaftlche und umwelttechnische Anwendungen interssant sind, gescreent. Die Kombination der spezifischen Expertise des ARC Seibersdorf bei der Erforschung von Pflanzenendophyten und das große Know how des Instituts für Molekulare Biotechnologie in molekularer Enzymologie und Enzymscreening stellt eine ausgezeichnete Basis dar, um folgende Ziele zu erreichen: - Verfügbarkeit von Metagenombibliotheken von speziellen mikrobiellen Populationen - Werkzeuge für das effiziente expressionsbasierte Screenen unter Verwendung von verschiedenen Wirten - Sets an neuen Enzymen, die ein hohes Potential für Anwendungen in Biokatalyse, Landwirtschaft und Umwelt aufweisen - Erweiterte wissenschaftliche Erkenntnisse über die Diversität von Endophytenpopulationen, einschließlich der unkultivierbaren Spezies.