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Wie Pilze Pflanzen fressen

30.12.2016

Neues BOKU-Forschungsprojekt OXIDISE untersucht wie Pilze mittels Enzymen Pflanzen angreifen - die Finanzierung erfolgt durch einen vom European Research Council vergebenen Consolidator Grant.

Pilze leben seit rund 1000 mio. Jahren auf der Erde und ernähren sich heterotroph, d.h. von organischen Nährstoffen ihrer Umgebung die sie durch die Abgabe von Enzymen aufschließen. Durch die Besiedelung des Festlandes mit den ersten Landpflanzen im Devon (420 - 360 mio. Jahre) entstand eine neue, reichhaltige Nahrungsquelle für Pilze. Seither stehen Pflanzen und Pilze in einem evolutionären Wettlauf. Pflanzen wehren sich gegen den Angriff von Pilzen mit den verschiedensten Mechanismen, z.B. durch die Einlagerung von schwer abbaubarem Lignin in die Pflanzenzellwände, während die Pilze Proteine und Enzyme zum Verdau der Pflanzenzellwände weiterentwickeln.

Die Wirkungsweise dieser Werkzeuge der Pilze direkt auf der Oberfläche von Pflanzenzellen zu erforschen ist das Thema eines vom European Research Council (ERC) vergebenen Consolidator Grants. Das mit 1.9 mio. € dotierte Forschungsprojekt OXIDISE startet 2017 an der Universität für Bodenkultur Wien. Über fünf Jahre werden hochauflösende Methoden wie die Elektrochemische Rastermikroskopie und Fluoreszenzmikroskopie adaptiert um Pilzenzyme während ihres Angriffs auf Pflanzenzellwände zu beobachten. "Wir interessieren uns besonders dafür wie sich die Enzyme auf der Oberfläche verteilen, wie schnell sie ihr Substrat abbauen und wie die verschiedenen Enzyme zusammenarbeiten" erklärt Dr. Roland Ludwig vom Department für Lebensmittelwissenschaften und -technologie.

Pilze verwenden zwei Enzymklassen zum Lignozelluloseabbau: Hydrolasen wie z.B. Zellulasen und die bis jetzt in dieser Funktion wenig erforschten Oxidoreduktasen. Oxidativ zellulosespaltende Enzyme wie die kürzlich entdeckte lytische Polysaccharidmonooxygenase (LPMO) wirken wie Stemmeisen und attackieren besonders schwer abbaubare Stellen der Pflanzenzellwände um Angriffspunkte für die Zellulasen zu schaffen. Über die Zusammenarbeit dieser Enzyme, die an ihr Substrat binden und sich an der Oberfläche fortbewegen ist noch wenig bekannt. Das Projekt OXIDISE ist der erste Versuch diese Interaktion von Oxidoreduktasen und Hydrolasen unter naturnahen Bedingungen erforschen.

Die ForscherInnen der an der BOKU / Vienna Institute of Biotechnology arbeitenden Arbeitsgruppe von Dr. Ludwig möchten die enzymatischen Grundlagen des Lignozelluloseabbaus durch Pilze aufklären - die Forschungsergebnisse sollen aber auch für praktische Anwendungen zur Verfügung stehen. Die schnelle und vollständige Hydrolyse von Biomasse zur Bioethanolherstellung oder die Gewinnung von Rohstoffen aus Pflanzen sind Beispiele aus dem Bereich der Bioökonomie. Die Umlegung der Erkenntnisse aus der untersuchten heterogenen Enzymkatalyse sind aber auch für die industrielle Biokatalyse und zur Entwicklung von Biosensoren von Interesse.

Kontakt / Rückfragen:

Dr. habil. Roland Ludwig
Universität für Bodenkultur Wien / VIBT
Department für Lebensmittelwissenschaften und Lebensmitteltechnologie
Institut für Lebensmitteltechnologie
Biocatalysis & Biosensing Research Group
Muthgasse 11/1/56, 1190 Vienna, Austria
Tel.:  +431 47654 75216
roland.ludwig@boku.ac.at
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