Untersuchungen, um genauere Kenntnis des Angriffs von phytotoxischen Substanzen im Chloroplasten der Pflanze zu erhalten: (1) direkte Hemmung des photosynthetischen Elektronentransports, (2) Hemmung der Carotinbiosynthese und damit photooxidative Zerstoerung des Chlorophylls, (3) peroxidativ wirkende Herbizide (Radikalbildner) und (4) Hemmstoffe der ATP-Synthese, Lipidbiosynthese. - Studien zu Struktur/Aktivitaetsbeziehungen, Bindungsstudien mit radioaktiv markierten Herbiziden, Selektion und Charakterisierung herbizidresistenter Mutanten, Untersuchungen zur lichtinduzierten Peroxidation und Antioxidantien. Die Arbeiten werden auf weitere Stoffwechselbereiche ausgedehnt.
In diesem Vorhaben wurde eine Methode entwickelt, wie mittels hochauflösender Flüssigkeitschromatographie die Hauptgruppen des Phytoplanktons qualitativ bestimmt werden können. Die Motivation für diese Methodik lag darin begründet, daß die Populationsstruktur des Phytoplanktons ein hervorragender biologischer Parameter zur Bewertung der Wasserqualität darstellt. In dem Vorhaben wurde die ökologische und funktionelle Bedeutung der Carotinoide in Phytoplankton untersucht.
Nachdem in Gefäßpflanzen die an der Carotinoidbiosynthese in den photosynthetisch aktiven Organen beteiligten Enzyme inzwischen weitestgehend identifiziert worden sind, soll im hier beantragten Projekt die Carotinoidbiosynthese in der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii und der Diatomee Phaeodactylum tricornutum untersucht werden. Hierzu sind zunächst die Identifizierung von an der Xanthophyllbiosynthese beteiligten Gene aus beiden Algen sowie die Isolierung und Charakterisierung neuer Pigmentmutanten von C.reinhardtii vorgesehen. Besonderes Augenmerk liegt ferner auf der Identifizierung einer Diadinoxanthin-Synthase (DDS) aus P.tricornutum. Die bereits vorliegenden sowie die neu isolierten Pigmentmutanten von C. reinhardtii sollen als Testsystem für die Funktion potentieller Xanthophyllbiosynthesegene aus beiden Algen eingesetzt werden. Die DDS aus P.tricornutum soll anschließend in einem bakteriellen System sowie in C.reinhardtii exprimiert, isoliert und bezüglich ihrer katalytischen Eigenschaften eingehend charakterisiert werden. Eine erfolgreiche funktionelle Expression der DDS in C. reinhardtii würde in der Synthese eines bislang in Grünalgen nicht vorkommenden Xanthophylls resultieren. Hiervon wären neue Erkenntnisse hinsichtlich der Flexibilität der Pigmentbindungseigenschaften von Lichtsammelkomplexen sowie der Funktion und Evolution des Diadinoxanthinzyklus zu erwarten.
Algen und deren Extrakte werden aufgrund ihrer bioaktiven Inhaltsstoffe seit einigen Jahren industriell als funktionelle Produkte in Lebens- und Futtermittel-, sowie in der Kosmetikindustrie eingesetzt. Im Rahmen des Vorhabens wollen die Partner ein ressourcenschonendes Verfahren zur biotechnologischen Gewinnung eines natürlichen, antioxidativ wirkenden, carotinoid-angereicherten Extraktes auf der Grundlage der Kaskadennutzung von Mikroalgenbiomasse entwickeln. Hierfür wird ein Kultivierungs- und Aufarbeitungsprozess entwickelt, bei dem die Grünalge Tetradesmus wisconsinensis in einem von den Antragstellern patentierten Verfahren den Wertstoff Canthaxanthin synthetisiert und durch ein Downstream-Processing die Gewinnung des Carotinoides in einem lipophilen Extrakt und zusätzlich eines bioaktiven hydrophilen Extraktes zur Erhöhung der Wertschöpfung ermöglicht. Die resultierenden Extrakte werden biochemisch und funktionell charakterisiert und das Verfahren in den industriellen Maßstab übertragen. Aufgrund der Neuheit der Mikroalge und des innovativen Kaskadennutzungskonzeptes weisen die Extrakte Alleinstellungsmerkmale auf. Die Vielzahl der bioaktiven Inhaltsstoffe der Mikroalge ermöglicht vielfältige Applikationen der lipophilen und hydrophilen Fraktionen z.B. als Cosmeceuticals, die durch funktionelle Assays näher spezifiziert werden sollen.
Technologieangebot: Für die Patentanmeldung 'Verfahren zur Herstellung von Carotinoiden' sucht die ESA Patentverwertungsagentur Sachsen-Anhalt GmbH einen Kooperationspartner, Lizenznehmer oder Käufer. Angesprochen sind insbesondere die Lebensmitteltechnologie sowie der Pharma- und Kosmetikbereich. Gegenstand der Erfindung: Carotinoide sind in der Natur sehr häufig vorkommende Pigmente. Sie werden wegen ihrer Farbe und ihrer antioxidativen Eigenschaften kommerziell genutzt. Carotinoide werden durch alle photosynthetisch aktiven Organismen synthetisiert. Die Anwendung in der Lebensmittelindustrie führt zur Nachfrage an zunehmenden Mengen hochwertiger Verbindungen. Neben der chemischen Synthese, welche immer noch den Hauptteil ausmacht, werden zunehmend Mikroalgen zur Produktion von Carotinoiden eingesetzt. Bisher sind die erzielten Ausbeuten gering, das Wachstum langsam und die Vielfalt der in einem Organismus produzierten Carotinoide limitiert. Der Hauptanteil wird nicht in freier Form akkumuliert - sondern als Ester. Die angebotene Technologie zur Nutzung von Mikroalgen, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, kann durch folgende Merkmale beschrieben werden: Produkt: hohe Ausbeute an Carotinoiden, große Vielfalt an Carotinoiden, Hauptanteil freie Carotinoide. Produktion: schnelles Wachstum, Akkumulation von Produkt innerhalb eines kurzen Zeitraumes, einfache Kultivierungsbedingungen, keine speziellen Bedürfnisse in Hinblick auf kostenintensive Nährstoffe wie z. B. Vitamine, sehr geringe Kontaminationsanfälligkeit - Kultivierung im semi-sterilen System möglich. Die Technologie wurde in Deutschland zum Patent angemeldet. Eine Internationalisierung ist möglich.