Point «Aktuelle Biotechnologie» April 2024 (Nr. 262)

Gesundheit: Vitamin B1-angereicherter Reis dank Sesam-Gen

Forschenden von der Universität Genf, der ETH Zürich und aus Taiwan ist es erstmals gelungen, durch eine genetische Veränderung den Vitamin B1-Gehalt im Inneren von Reiskörnern deutlich zu steigern. Dazu fügten sie das Gen für ein Vitamin B1-bindendes Eiweiss aus Sesampflanzen in das Reiserbgut ein und programmierten es so, dass es spezifisch im inneren Nährgewebe der Körner abgelesen wird. Mehrjährige Freilandversuche in Taiwan zeigten, dass der Vitamin B1-Gehalt in den verarbeiteten und polierten Körnern etwa drei- bis vierfach erhöht war, ohne dass die sonstigen Wachstumseigenschaften der Pflanzen oder der Ertrag beeinträchtigt wurden. Die Vitaminanreicherung von Reis ist speziell für Länder wichtig, in denen Reis ein Grundnahrungsmittel ist. Von Natur aus haben Reiskörner einen niedrigen Vitamin B1-Gehalt, und ein Grossteil davon geht bei der Entfernung der äusseren Samenhülle (dem sog. “Polieren”) der Körner zur Verbesserung der Lagerfähigkeit verloren. Daher könnten Sorten mit erhöhtem Vitamingehalt im Inneren der Körner einen wichtigen Beitrag gegen den in vielen asiatischen Ländern verbreiteten Vitamin B1-Mangel leisten, der ernste Gesundheitsprobleme verursacht.    (mehr…)

Medizin: Innovatives CRISPR-Werkzeug gegen RNA-Viren

Grippe, Covid-19, Dengue-Fieber und AIDS sind nur einige Beispiele: Viele ernste menschliche Erkrankungen werden durch Viren ausgelöst, die RNA als Erbmaterial haben. Manche Mikrobenstämme besitzen einen natürlichen Abwehrmechanismus gegen RNA-Viren, wie beispielsweise die RNA-Schere CRISPR/Cas13, welche RNA an spezifischen Positionen erkennt, spaltet und damit inaktiviert. Könnte ein solches Schutzsystem auch in menschlichen Zellen funktionieren und vor Infektion bewahren? Grundsätzlich ja, aber CRISPR/Cas13 ist dort vor allem im Zellkern aktiv und kaum im Zytoplasma, das ihn umgibt – und gerade dort vermehren sich die meisten RNA-Viren. Ein Forschungsteam aus München beschreibt jetzt einen Trick, wie sie die Aktivität der RNA-Schere im Zytoplasma deutlich steigern konnten: Sie hängten ihr einen molekularen Adressanhänger an, durch den sie aus dem Zellkern in das Zytoplasma wandern und dort aktiv werden kann. Die Forschenden konnten zeigen, dass ihr modifiziertes CRISPR/Cas13-System in Zellkulturen die RNA des Erregers der venezuelanischen Pferdeenzephalitis, die auch den Menschen befällt und als biologischer Kampfstoff getestet wurde, wirksam abbaut. Auch die Vermehrung mehrerer SARS-CoV-2-Virenstämme konnte vollständig unterbunden werden. Die technologischen Verbesserungen können einen Beitrag zur Entwicklung von CRISPR/Cas13 als innovative virale Abwehr leisten.   (mehr…)

Biobasierte Materialien: Bakterien produzieren selbstbräunende Leder-Alternative

Bei auf Nachhaltigkeit bedachten Konsumentinnen und Konsumenten wächst die Nachfrage nach Alternativen zu synthetischen Textilien auf Basis fossiler Rohstoffe und zu Leder von Tieren. Auch Veganer wollen auf tierische Produkte verzichten. Eine vielversprechende biobasierte Leder-Alternative ist bakterielle Zellulose, die von Mikroorganismen aus organischen Abfällen erzeugt werden kann. Von Natur aus hat das Material eine beige Farbe. Die chemische Färbung von Textilien und Leder-Alternativen verursacht allerdings einen grossen Umwelt-Fussabdruck. An dieser ökologischen Schwachstelle setzt ein Forschungsteam vom Imperial College in London an. Sie verwendeten Kombucha-Bakterien, die von Natur aus bakterielle Zellulose erzeugen. Durch den Einbau eines zusätzlichen Bakteriengens programmierten sie die Mikroben so um, dass die Zellulose den Farbstoff Melanin enthält. Dieser führt auch bei Menschen zu braun-schwarzer Farbe von Haut und Haaren. Durch geeignete Kulturbedingungen konnten die Forschenden lederähnliche Häute aus bakterieller Zellulose mit einer breiten Abstufung von Farben, von sanftem Braun bis zu tiefschwarz, züchten. Daraus konnten sie eine robuste Geldbörse und ein Schuh-Oberteil herstellen. Durch weitere technologische Verfeinerungen könnten auch gemusterte Oberflächen oder andere Farben erzeugt werden. Die Forschenden sind überzeugt, dass auf diese Weise fossil- und tierfreie Lederalternativen auch im grossen Massstab hergestellt werden können.   (mehr…)

Neue Züchtungsverfahren: Genomeditierter Raps mit Welke-Resistenz

Die Rapswelke (Verticillium) ist eine tückische Pflanzenkrankheit. Der Erreger, ein Pilz, kann bereits im Herbst in die Wurzeln eindringen und durchwuchert die Pflanze zunächst von Innen. Während der Reifephase breitet er sich aus, befällt verschiedene Pflanzenteile und bildet Dauerstrukturen, die der Vermehrung dienen und jahrelang im Boden überdauern können. Der Befall schwächt die Pflanzen so stark, dass erhebliche Ernteeinbussen drohen. Ein direktes Gegenmittel gegen die Krankheit gibt es nicht. Ein Forschungsteam unter Leitung der Universität Kiel (D) hat jetzt eine Achillesferse des Erregers gefunden und mit Hilfe der Genomeditierung Rapspflanzen mit deutlich besserer Widerstandsfähigkeit gegen den Pilz entwickelt. Für den wirksamen Befall benötigen die Pilze die Mithilfe durch das Rapsgen BnHva22c. Wird dieses Gen in den Pflanzen mit Hilfe der Genschere CRISPR/Cas9 ausgeschaltet, kann sich der Pilz nur noch schwach vermehren und die sichtbaren Krankheitssymptome verschwinden. BnHva22c ist daher an der Empfänglichkeit der Pflanzen gegen die Rapswelke beteiligt und ein interessantes Ziel für die Entwicklung krankheitsresistenterer Sorten. Hierfür könnte entweder die völlig ungerichtete, aber nicht regulierte chemische Mutagenese des Erbguts eingesetzt werden, oder die präzise Genomeditierung mit viel weniger Nebenwirkungen. Diese ist allerdings in Europa derzeit so streng reguliert, dass sie in der Praxis nicht zum Einsatz kommt.   (mehr…)

Vollständige PDF Druckversion Point «Aktuelle Biotechnologie» April 2024 (Nr. 262) mit Quellenangaben

Text und Redaktion: Jan Lucht, Leiter Biotechnologie (jan.lucht@scienceindustries.ch)