Herstellung rekombinanter Proteine in Chloroplasten

4. Münchner Wissenschaftstage
22.- 26. Oktober 2004
Die grüne Fabrik:
Herstellung rekombinanter Proteine in Chloroplasten
Rekombinante Proteine – maßgeschneiderte Biomoleküle
Der Einbau fremder DNA in das Erbgut der Chloroplasten
Der Bedarf an rekombinanten Proteinen (Protein = Eiweiß) für die moderne
Medizin steigt. Maßgeschneiderte Therapeutika aus Proteinen sind die
Grundlage vieler neuartiger Behandlungsmethoden gegen schwere Krankheiten wie Krebs, Infektionen, Störungen des Immunsystems oder Herz- und
Kreislaufbeschwerden. Daneben werden gentechnisch hergestellte Proteine
für moderne Impfstoffe und in der Medizindiagnostik benötigt.
Die genetische Information einer Pflanzenzelle verteilt sich auf drei
Kompartimente: Neben dem Zellkern, der die meisten Gene enthält, befinden sich
auch Erbträger in den Chloroplasten und Mitochondrien. Bei bisherigen Ansätzen
zur Erzeugung genetisch veränderter Pflanzen wurden die Fremdgene meist in
den Zellkern eingebracht. ICON GENETICS dagegen konzentriert sich auf den
Gentransfer in die Chloroplasten, bei denen jedes Gen in bis zu 10.000 Kopien
pro Zelle vorliegt (im Zellkern gibt es für jedes Gen nur zwei Kopien). Fremde
DNA lässt sich im Chloroplastenerbgut zielgerichtet an einer vorherbestimmten
Stelle einbauen. Der präzise Einbau des fremden Erbmaterials kann in
Verbindung mit der hohen Kopienzahl der Erbgutträger zu einer besonders
großen Ausbeute an rekombinanten Proteinen führen.
Auch in der chemischen Industrie beruhen immer mehr Anwendungen auf
dem Einsatz künstlich hergestellter Enzyme.
Durch eine neuartige Technologie können diese Proteine in Zukunft
umweltverträglich und in ausreichenden Mengen bereitgestellt werden:
Produktion von Biomolekülen in Pflanzen ("Molecular Farming"). ICON
GENETICS in Freising setzt dabei auf die Produktion rekombinanter Proteine
in den Chloroplasten. Durch eine genetische Umprogrammierung der in den
Chloroplasten enthaltenen Erbinformation werden die Pflanzenzellen zu
lichtgetriebenen "grünen Fabriken".
Dabei können die in das Chloroplastenerbgut eingebrachten fremden Gene nicht
durch Pollen auf andere Pflanzen übertragen werden: Die Vererbung der
Chloroplasten erfolgt bei den meisten Pflanzenarten „maternal“, also nur über die
weiblichen Blütenteile (Eizelle).
Rekombinante Proteine aus genetisch veränderten Chloroplasten
Medikamente
Impfstoffe
Rekombinantes Protein
Verwendung
Interferone
Immunmodulator, Krebsbehandlung, MS-Behandlung
Somatotropin (Wachstumshormon)
Behandlung von Wachstumsstörungen
Serumalbumin (HSA)
Herstellung von Blutersatzstoffen
Tetanus Toxinfragment
Impfung gegen Wundstarrkrampf
Enterotoxigenes Protein von E. coli
Schutz vor Gastroenteritis
Cholera Toxinfragment
Impfung gegen Cholera
Parvovirus Hüllprotein
Impfung gegen Parvoviren (Ringelröteln)
Rotavirus Hüllprotein
Impfung gegen Diarrhoe
Industrielle Enzyme Xylanase
Nachwachsende
Rohstoffe
Acetyl-CoA Reduktase, β-Keto Thiolase,
phb-Synthase
So könnte ein Bild/eine
Grafik eingefügt werden.
Enzym für Papierherstellung
Herstellung des Biopolymers Polyhydroxybutyrat
(biologisch abbaubarer Kunststoff)
Derzeit werden die meisten rekombinanten Proteine aus gentechnisch veränderten
Bakterien gewonnen, die in Fermentern angezogen werden. Für manche Proteine
werden auch höhere Zellen als Produktionsorganismen benötigt. Hier kommen
Hefezellen, menschliche oder tierische Zelllinien und in manchen Fällen auch Tiere
zum Einsatz. Eine Herstellung der rekombinanten Proteine in Pflanzen kann jedoch
in vielen Fällen wirtschaftlicher und flexibler sein, da die Produktion in kürzester Zeit
dem Bedarf angepasst werden kann.
Im Gegensatz zu Proteinen aus menschlichen oder tierischen Zelllinien können
rekombinante Proteine aus Pflanzen keine für den Menschen gefährlichen
Krankheitserreger wie zum Beispiel Viren oder Prionen enthalten.
Kulturpflanzen mit genetisch
sichere grüne Biotechnologie
veränderten Chloroplasten –
Der Einbau fremder DNA-Moleküle in das Erbgut der Chloroplasten gelingt vor
allem beim Tabak mit sehr hoher Effizienz. Da Tabak weder als Lebensmittel
noch als Futter verwendet wird, ist eine unbeabsichtigte Vermischung mit
Nahrungsmitteln nicht möglich. ICON GENETICS wird deshalb für die Herstellung
von Medikamenten Tabak als leistungsfähige Produktionsplattform einsetzen.
Für zusätzliche Anwendungen arbeitet ICON GENETICS auch an der Chloroplastentransformation weiterer Kulturpflanzen. So konnten bisher u.a. Tomatenund Kartoffelpflanzen mit genetisch veränderten Chloroplasten gewonnen werden.
Tomaten- bzw. Kartoffelpflanzen: Nutzpflanzenarten, bei denen Chloroplasten
genetisch verändert wurden
Das von ICON GENETICS entwickelte System zur Entfernung des AntibiotikaResistenzmarkers bietet zudem ein Höchstmaß an biologischer Sicherheit.
www.icongenetics.de
4. Münchner Wissenschaftstage
22.- 26. Oktober 2004
Die grüne Fabrik
Gewächshauskultur von Tabakpflanzen mit genetisch veränderten Chloroplasten. Tabak als „Nicht-Nahrungsmittelpflanze“ mit sehr
hoher Biomasseproduktion stellt eine zukunftsträchtige Produktionsplattform für Medikamente in Pflanzen („Molecular Farming“) dar.
www.icongenetics.de