Fermer
_fs_nccr_choix.jpg

Vitamin K1-Produktion in Pflanzen: Entdeckung des essentiellen Enzyms NDC1

Pressemitteilung vom 15. August 2011

Ein neues Enzym, das für die Produktion von Vitamin K1 notwendig ist, wurde von einem Forschungsteam der Universität Neuenburg entdeckt. Dieses Ergebnis reiht sich in die Kontinuität eines Projekts ein, das vom nationalen Forschungsschwerpunkt (NCCR) Plant Survival unterstützt wird und darauf abzielt, Pflanzen zur Herstellung von Verbindungen zu nutzen, welche für die pharmazeutische und kosmetische Industrie von Interesse sein könnten. Der Nachweis des Gens wurde in der amerikanischen wissenschaftlichen Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) publiziert.
 
Der Vorgang spielt sich im Innern der Chloroplasten ab, also jenen pflanzlichen Zellorganellen, die eine Hauptfunktion in der Photosynthese innehaben. Hier ist der Sitz der Plastoglobuli, mikroskopisch kleine Lipidtröpfchen, von denen dank den Arbeiten am Labor für Pflanzenphysiologie der Universität Neuenburg nun bereits seit mehreren Jahren bekannt ist, dass sie von Enzymen bedeckt und fähig sind, Lipide und Vitamine zu speichern. Die bekanntesten dieser Verbindungen sind die Vitamine E und K1.
 
Die in den PNAS veröffentlichte Entdeckung ist die Frucht der Doktorarbeit von Lucia Eugeni Piller, welche sie unter der Leitung von Felix Kessler, Direktor am Labor für Pflanzenphysiologie, ausgeführt hat. Das betreffende Enzym (NDC1) war zwar bereits bekannt, aber nun wurde zum ersten Mal seine Mitwirkung an der Produktion von Vitamin K1 deutlich hervorgehoben. Der Doktorandin, in Zusammenarbeit mit anderen Forschern, ist es gelungen, das Enzym, zu charakterisieren, indem sie es in den Plastoglobuli lokalisieren und seine enzymatische Aktivität messen konnte. Anders gesagt: Sie konnte den Schritt bestimmen, in welchem dieses in den Herstellungsprozess des Vitamins eingreift. Die Experimente wurden an der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) durchgeführt. Mittels einer Mutationsstrategie haben die Forscher eine mit ndc1 bezeichnete Mutante dieser Pflanze, welche das Enzym NDC1 nicht enthält, mit einer Wildform verglichen, das heisst mit einer nicht veränderten Pflanze. Daraus resultierte, dass das Fehlen des Enzyms NDC1 die letzte Etappe in der Herstellung von Vitamin K1 blockiert.
 
Für Pflanzen ist das Vitamin K1 ein Molekül, das die Elektronen in der Photosynthese weiterleitet. Bei der Ackerschmalwandpflanze der das Enzym NDC1 fehltwurde dieses Vitamin durch seinen Vorläufer ersetzt, was den Stoffwechsel der Pflanze nur gering verändert, da dieser Vorläufer ebenfalls den Elektronentransfer sicher stellen kann. Ist der Vorläufer hingegen ein «unvollständiges» Vitamin K1, fehlen die für Menschen (und Tiere) wertvollen Eigenschaften des Vitamins, das sie beim Verzehr von grünen Gemüsen (Kohl, Spinat, Salat, Brokkoli) zu sich nehmen. Ein Mangel an Vitamin K1, also gerade das von Pflanzen produzierte Vitamin K1, führt zu Problemen mit der Blutgerinnung, was Auslöser für verschiedene Krankheiten ist wie die hämorrhagische Krankheit bei Neugeborenen, Neugeborenengelbsucht oder auch das Malabsorptionssyndrom.
 
Ein grosser Teil dieser Arbeit beruht auf einer Strategie von chemischen high-tech-Analysen, der so genannten Metabolomik. Möglich wurde dieses Verfahren mit der Anschaffung eines speziellen Apparates – ein hochentwickelter Massenspektrometer –, welcher kleine Moleküle in komplexen Extrakten zu identifizieren vermag. Die wertvolle Mitarbeit von Dr. Gaétan Glauser, Spezialist für Metabolomik an der Universität Neuenburg, ermöglichte es, die Funktion des Enzymes NDC1 in der Synthese von Vitamin K1 zu identifizieren. Der Einsatz des Forschers bestand darin, die gesamten von einem Blatt der Ackerschmalwand produzierten Lipidmoleküle zu sichten und die Unterschiede zwischen der Wildform und den verschiedenen Mutanten, denen das Enzym NDC1 fehlt, zu erfassen. Auf diese Weise haben die Forscher den Zusammenhang zwischen dem Fehlen des Gens und der Blockierung der Synthese des wichtigen Vitamins aufzeigen können.

 

Contacts

University of Neuchâtel

Plant Physiology Laboratory

Prof. Felix Kessler
felix.kessler@unine.ch

Tél. 032 718 22 92


Lucia Eugeni Piller
lucia.eugeni@unine.ch

Tél. 032 718 22 81

Chemical Analytical Service

Dr. Gaétan Glauser
gaetan.glauser@unine.ch

Tél 032 718 25 34

Arabidopsis thaliana
(c) Charles Andres, UniNE