PflanzenFachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.

 

Projekte - Details

Verbundvorhaben: ERA-IB 6: Pilzliche Chitosane aus Fermentationsrückständen für biologischen Pflanzenschutz (FunChi); Teilvorhaben 1: Enzymatische Extraktionsmethode - Akronym: FunChi

Anschrift
Westfälische Wilhelms-Universität Münster - Fachbereich 13 Biologie - Institut für Biologie und Biotechnologie der Pflanzen (IBBP)
Schlossplatz 8
48143 Münster
Kontakt
Prof. Dr. Bruno Moerschbacher
Tel: +49 251 83-24794
E-Mail schreiben
FKZ
22031315
Anfang
01.05.2016
Ende
31.07.2019
Ergebnisdarstellung
Sowohl durch gezielte Genomeditierungen als auch durch UV-Mutagenese wurden aus einem Aspergillus niger Laborstamm mehrere Mutanten generiert und auf einen erhöhten Chitingehalt ihrer Zellwände durchmustert. Ein industrieller Produktionsstamm wurde für die Fermentation optimiert, um sowohl hohe Ausbeuten des Zielenzyms als auch viel Biomasse zu erreichen. Letztere konnte erfolgreich ohne den Einsatz von Filterhilfsmitteln vom Primärprodukt im Überstand abgetrennt werden. Mit Hilfe eines Technologie-Transfers vom niederländischen akademischen Partner zum deutschen Industriepartner konnte die Genomeditierungs-Methoden erfolgreich auf den nicht-sporulierenden, industriellen Stamm übertragen werden. Zellwand-Mutanten konnten bisher jedoch noch nicht stabil in diesen Stamm eingebracht werden. Chitinreiche Zellwand-Fraktionen der verschiedenen Aspergillus Stämme wurden generiert, eine geeignete Extraktionsmethode wurde skaliert und verschiedene Enzyme wurden getestet, um eine Bioaktivität in Pflanzen zu vermitteln. Eine Methode zur Analyse der Monosaccharid-Zusammensetzung der Aspergillus Extrakte konnte etabliert und optimiert werden und wurde verwendet, um den Gehalt an Glukosamin mit der gemessenen Bioaktivität zu korrelieren. Bioaktivitätsassays wurden in Arabidopsis thaliana Pflanzen durchgeführt, indem verschiedene signifikante Immunantworten, wie die Ausschüttung reaktiver Oxygen-Spezies und der Kalzium-Influx, überprüft wurden. Vielversprechende Ergebnisse zeigten, dass einige der generierten Mutationen den Gehalt von Glukosamin und teilweise auch die Zusammensetzung der Monosaccharide in den Aspergillus-Zellwänden verändert. Diese Veränderungen gehen mit erhöhten Bioaktivitäten in den Bioaktivitätsassays einher. Feldversuche und validierende Messungen werden zurzeit noch durchgeführt und werden ausschlaggebend sein, um die Wirtschaftlichkeit und Machbarkeit des Gesamtansatzes bewerten zu können.
Aufgabenbeschreibung
Das FunChi Projekt hatte zum Ziel, basierend auf pilzlichen Chitosanen neue Produkte für den biologischen Pflanzenschutz zu entwickeln. Diese sollten aus Biomasse von Aspergillus niger hergestellt werden, welche bei der Fermentation von technischen Enzymen oder organischer Säuren als Abfallstrom anfällt. Der Biotechnologie-Sektor wächst stark, so dass pilzliche Biomasse – als Nebenprodukt der industriellen Produktion mit Aspergillus, Trichoderma und Penicillium – kontinuierlich in großen Mengen anfällt. Dieses Myzel ist zwar sehr komplex, ist aber auch ein sehr wertvoller erneuerbare Rohstoff und eine Quelle für Chitosan, durch die partielle Deacetylierung des enthaltenden Chitins. Im FunChi-Projekt sollte ein Enzymcocktail für die Extraktion von Chitin mit hoher Ausbeute und guter Qualität aus pilzlichen Zellwänden entwickelt werden. In einem parallelen Ansatz sollte diese Extrahierbarkeit durch Modifizierung der Zellwand von A. niger erhöht werden, indem Stämme hinsichtlich des Chitingehalts und dessen Vernetzungsgrad optimiert werden. Diese Stammoptimierung sollte gleichzeitig die Fermentationseigenschaften verbessern ohne dass die Ausbeuten der primären Fermentationsprodukte negativ beeinflusst würden. Chitin-Fraktionen aus diesen Stämmen sollten enzymatisch zu pflanzenstärkenden Chitosanen modifiziert und auf ihre Bioaktivität in Pflanzen getestet werden. Mit der Entwicklung einer solchen Wertschöpfungskette von der Biomasse über pilzliche Chitosane zur alternativen Pflanzenstärkung sollte eine Verwertung des Myzels als Abfallstrom der Biotechnologie ermöglicht werden. So liefert das FunChi-Projekt neues Wissen über die pilzliche Zellwand sowie über Chitosan-vermittelte Reaktionen in Nutzpflanzen. Dieses generierte Wissen wird in der Zukunft nicht nur zur Optimierung biotechnologischer Fermentationsprozesse beitragen können, sondern auch die Entwicklung von umweltfreundlichen Agrar-Produkten aus einem bisher ungenutzten nachwachsenden Rohstoff vorantreiben.
Stichworte
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Basisdaten Nachwachsende Rohstoffe