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Bioökonomie International 2015: MOPSACI: Monokaryotische Stämme von Pleurotus sapidus zur Gewinnung natürlicher Produkte mit biologischer Aktivität aus Nebenströmen der Citrus-Industrie, Teilprojekt C

Teilprojekt B, Teilprojekt A

Aim: Valorisation of side-streams of the Citrus industry using the genetic diversity of monokarya from the basidiomycete Pleurotus sapidus. The genetic diversity of the basidiospores of Pleurotus sapidus (MKs) obtained from two dikaryotic strains of P. sapidus (Dk421 and Dk3174) will be exploited. Mks with high growth rate on milled Citrus peel, pulp and seed of orange, tangerine, lemon will be selected and grown as solid state and submerged fermentation (SF). Metabolites will be extracted and evaluated for biological activities. Samples before and after the fungal transformation taken from SSF and SF cultures will be analysed. Rapid product analyses using TLC and established coupled HPLC-DAD-ELSD will focus on the most promising strains. Specific targets are flavonoids with an increased number of hydroxyl groups on the B-ring, unsaturated carbonyls and terpenoids from the oxo-functionalisation of limonene, citronellal and farnesene isomers. High resolution and multi-dimensional GC-MS and multireaction monitoring (varying MS collision energies) will be used. Extracts from various strain/culture combinations (SSF or SF) will be lyophilized. One fraction of each sample will be tested for its biopesticide action, and another one for its quality as a feed supplement. SSF will be carried out in a rotary drum solid-substrate fermentation system. The project is comprised of seven major work packages: 1. Generation and selection of the monokaryons (CITER) 2. Growth of the monokaryons (CITER) 3. Selection of the optimal culture conditions to obtain bioactive compounds using the selected Mk form step 2. (CITER, LUH, JLU, JUB) 4. Analytical evaluation of the biotransformation/conversion products (LUH, JLU) 5. Automated screening of Mks by chiral GC-GC (JLU) 6. Bioactivity test of crude extracts obtained from SSF and SF (IMBIV, IIB) 7. Bioprocess design and scale-up (JLU, JUB).

ERA-IB 7: TIPs: Thermostabile Isomerasen in der Biotechnologie

Aufarbeitung von pflanzlichen Abprodukten der Lebensmittelproduktion zur Abfallverminderung und Gewinnung von Aromen und bioaktiven Produkten, Teilvorhaben 3: Gewinnung von Wertstoffen aus pflanzlichen Abprodukten der Lebensmittelindustrie

UV-B-Schirmpigmente/ Einfluss von UV-B-Strahlung auf die Schirmpigmente der Buche

Erste Arbeiten zu Schutzmechanismen von Waldbaeumen gegen erhoehte UV-B-Strahlung hatten gezeigt, dass Nadelbaeume auf zunehmende UV-B-Strahlung mit einer verstaerkten Bildung von Flavonoiden reagieren. Die Verbindungen tragen neben ihrer Flavonol-Grundstruktur, die eine Abschirmung in den Bereichen UV-A und UV-B erlaubt, zwei substituierte Zimtsaeurereste, die vor allem eine starke Absorption von UV-B-Strahlung zur Folge haben. Diese Pigmente wurden ausschliesslich in der Epidermis der Nadeln nachgewiesen, was eine Funktion als UV-B-Schirmpigmente unterstuetzte. In dem vorliegenden Projekt konnte nun gezeigt werden, dass die Buche als wichtigster Laubbaum in Bayern verwandte Schutzmechanismen aufweist. Dazu wurden in zwei Experimenten Buchenkeimlinge unter jeweils vier unterschiedlichen UV-B-Bedingungen kultiviert und die UV-B-abhaengige Bildung phenolischer Inhaltsstoffe untersucht. Diese Metabolite wurden isoliert und ihre Struktur mit Hilfe spektroskopischer Methoden ermittelt. Es zeigte sich, dass auch die Buche Pigmente aus der Klasse der Flavonoide bildet, die substituierte Zimtsaeuren zur wirksamen UV-B-Abschirmung tragen. Ausserdem wurden grosse Mengen aehnlicher Strukturen in den Zellwaenden vor allem der Epidermiszellen gefunden. Mit Hilfe der UV-induzierten Chlorophyllfluoreszenz konnte zudem eine starke Abschirmung von UV-A- und UV-B-Strahlung durch die Blattepidermis gezeigt werden. Am natuerlichen Standort ist die Buche einem Zusammenspiel vieler oekologischer Faktoren ausgesetzt. So kann die Erhoehung der UV-B-Strahlung eine Aenderung der Empfindlichkeit gegenueber anderen Stressfaktoren zur Folge haben. Als Beispiel fuer eine Wechselwirkung zweier Faktoren wurde in einem weiteren Expositionsexperiment die UV-B-bedingte Praedisposition der Buchenblaetter fuer die Infektion durch das Blattpathogen Apiognomia errabunda untersucht. Die ersten Ergebnisse deuten an, dass erhoehte UV-B-Strahlung eine nachfolgende Infektion durch das Pathogen foerdert.

Epidermale Flavonoide; Rolle pflanzlicher Phenole als UV-B-Schutzpigment in der Epidermis

Aus den im Rahmen verschiedener verzahnter Projekte in BayFORKLIM gewonnenen Erkenntnissen sowie aus dem bisher publizierten Material ergeben sich aus dem Blickwinkel der Zielsetzungen des vorliegenden Projektes folgende Aspekte: Quantitativer Aspekt: UV-Strahlung induziert die Akkumulation von Flavonoiden als Schutzpigmente in den Epidermen von Blättern krautiger Pflanzen. Dabei reichen kurze Expositionszeiten aus. Unter natürlichen Bedingungen führt die ambiente Strahlung am Standort zu - für die jeweilige Pflanzen typischen - maximalen Blattflavonoidgehalten. Eine darüber hinausgehende Induktion der Akkumulation von Schutzpigmenten durch höhere Strahlungsdosen kann nicht beobachtet werden. Qualitativer Aspekt: Höhere Dosen an UV-B-Strahlung führen - zumindest bei einigen Arten - zu Verschiebungen in der Zusammensetzung der epidermalen Blattflavonoide. Es werden vermehrt Substanzen gebildet, die durch ihr verändertes Substitutionsmuster bessere Radikalfänger und somit wirkungsvolle Antioxidantien darstellen. Diese Tatsache hat Auswirkung auf die Eigenschaften von Nahrungs- und Arzneipflanzen.

Nachweis von Verfaelschungen von Fruchtsaeften ueber Flavonoide mittels HPLC

Flavonoide Inhaltsstoffe werden als Leitsubstanzen zur Qualitaetssicherung und -verbesserung von Schwarzen Johannisbeersaeften, Traubensaeften, Apfelsaeften, Brombeersaeften, Passionsfruchtsaeften und Orangen- sowie Grapefruitsaeften verwendet. Die hierzu geeigneten Flavonoide muessen extrahiert und identifiziert und geeignete HPLC-Methoden ausgearbeitet werden. Bisher sind Methoden zum Nachweis von roten in schwarzen Johannisbeerprodukten, von Feigensaeften in Trauben-Erzeugnissen und zum Nachweis der Vermischung von Citrussaeften ausgearbeitet worden. Weiterhin ist der Nachweis von Brombeersaft in Johannisbeersaft und der Nachweis von Apfelsaft in Birnensaft bzw umgekehrt moeglich gemacht worden.

Untersuchungen zur Vererbung des (-)-Bisabololgehaltes bei der Kamille und Entwicklung PCR-gestuetzter Marker als Basis fuer die Selektion einer Kamillensorte mit hohem Gehalt an Bisabolol und guten agronomischen Eigenschaften

Kamille ist eine sehr alte und auch heute noch bedeutende Arzneipflanze. Während bei der Verwendung als Teedroge neben dem Gehalt an ätherischem Öl, mindestens 0,4 Prozent, vor allem äußere Qualitätsmerkmale von Bedeutung sind, werden für die Extraktherstellung hohe Konzentrationen spezifischer Komponenten gefordert. Als wirksame, insbesondere entzündungshemmende Inhaltsstoffe wurden vor allem (-)-alpha-Bisabolol im ätherischen Öl und die hydrophilen Flavonoide Apigenin und Apigenin-7-Glucosid erkannt. Im Rahmen des vorliegenden Projektes soll daher zunächst als Grundlage für eine erfolgreiche züchterische Bearbeitung die Genetik des (-)-alpha-Bisabolol-Gehaltes aufgeklärt werden. Basierend auf diesen Daten werden PCR-gestützte Marker (RAPD, AFLP) entwickelt, mit deren Hilfe eine effektive markergestützte Selektion durchgeführt werden kann und somit Populationen mit einem konstant hohen (-)-alpha-Bisabolol-Gehalt selektiert werden können. Ausgehend von diesen Analysen werden in einem zweiten Schritt bereits auf gute agronomische Eigenschaften selektierte Populationen mit Hilfe dieser molekularen Marker auf einen hohen (-)-alpha-Bisabolol-Gehalt selektiert.

Einfluss von Flavonoiden auf die Regulation zellwandabbauender Enzyme bei V. inaequalis

Die pflanzlichen Phenole vom Apfel bewirken nur wenig auf der Ebene der pilzlichen Enzyme, aber bestimmte Phenole haben einen Einfluss auf die Regulation der Enzymproduktion. Die Umstaende der Auswirkungen auf die Regulationsmechanismen werden untersucht.

Alternativmethoden: Entwicklung eines Genetischen Referenzpanels neuraler Stammzellen in vitro zur Untersuchung genetischer Variabilität in präklinischen Studien (VarioStem)

Unser konkretes Ziel ist es, ein Panel von definierten neuralen Stammzellen mit bekannter genetischer Variabilität zu entwickeln, das für Wirkstoffprüfungen und grundlagenwissenschaftliche Fragestellungen geeignet ist, und es ermöglicht den Faktor 'genetische Variabilität' anzugehen, ohne auf Tierversuche mit exponentiell wachsenden Tierzahlen angewiesen zu sein. Wir werden Experimente durchführen, mit denen wir Bioassays zur Stammzellproliferation und -differenzierung in dem Panel validieren und einen ersten beispielhaften Wirkstoffscreen für bioaktive Naturstoffe wie Flavonoide, Acantocyane und Polyphenole durchführen. Schließlich werden wir, um die Datenausbeute zu erhöhen, und die überflüssige Wiederholung von Experimenten zu reduzieren, die Tatsache nutzen, dass die genetische Referenzpopulation, auf der unser Stammzellpanel basiert, ingezüchtet ist, so dass alle Ergebnisse, die je mit diesen Tieren erhoben wird, kumulativ ist. Das erlaubt bei entsprechender Aufarbeitung der Daten die Einführung aller Ergebnisse in die integrierende Datenbank, die unter www.genenetwork.org von Kollegen der University of Tennessee in Memphis unterhalten wird. Für den konkreten Fall der Vorläuferzellen aus dem adulten Hippocampus, die wir untersuchen werden, entwickeln wir darüber hinaus die Einbindung in unsere eigene Datenbank MANGO, die unter www.adult-neurogenesis.org öffentlich zugänglich ist.

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