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Von der Pflanze in den Mikroreaktor Biosynthese des Antioxidationsmittels Carnosinsäure vollständig aufgeklärt

| Autor/ Redakteur: Sylvia Pieplow* / Dr. Ilka Ottleben

Wissenschaftlern des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie (IPB) ist es gelungen die Biosynthese von Carnosinsäure vollständig aufzuklären. Mit diesem Wissen konnten die Hallenser Pflanzenforscher um Prof. Alain Tissier den ökonomisch wertvollen Pflanzenstoff auf biotechnologischem Weg in Hefezellen herstellen.

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Getrocknete Rosmarinblätter enthalten maximal 2,5 Prozent Carnosinsäure.
Getrocknete Rosmarinblätter enthalten maximal 2,5 Prozent Carnosinsäure.
(Bild: gemeinfrei)

Halle – Carnosinsäure ist ein natürliches Antioxidationsmittel, das in den Blättern von Rosmarin und Salbei vorkommt. Es wird weltweit als Konservierungs- und Aromastoff in Fleischwaren, Ölen, Fetten, Saucen und Tierfutter verwendet. Obgleich man Carnosinsäure in steigenden Mengen benötigt, wird es wegen fehlender Syntheseverfahren noch immer aus Pflanzen gewonnen. Getrocknete Salbei- und Rosmarinblätter enthalten maximal 2,5 Prozent Carnosinsäure – es erfordert demnach eine große Menge an Pflanzenmaterial, um die Produktion des Antioxidationsmittels im Industriemaßstab zu gewährleisten.

Erster Schritt für die Entwicklung eines biotechnologischen Produktionsverfahrens

Die Biosynthese von Carnosinsäure innerhalb der Pflanze findet in mehreren Reaktionsschritten statt, die von unterschiedlichen Enzymen katalysiert werden. Jenes Enzym, das den letzten Schritt der Reaktionskette katalysiert, war bisher noch nicht bekannt. Diese Erkenntnislücke wurde von den Pflanzenexperten des IPB jetzt geschlossen. Dabei fanden sie ein zusätzliches, bisher unbekanntes Zwischenprodukt und neue Enzyme, die von ihnen beschrieben und charakterisiert wurden. Mit dem Wissen um alle beteiligten Reaktionspartner konnten die Wissenschaftler die Gene, die für die entsprechenden Enzyme codieren, in Hefezellen einbringen und diese dazu bewegen, Carnosinsäure herzustellen. Damit ist der erste Schritt für die Entwicklung eines biotechnologischen Produktionsverfahrens des Antioxidationsmittels gelegt.

Das Antioxidationsmittel Carnosinsäure wird weltweit als Konservierungs- und Aromastoff in Fleischwaren, Ölen, Fetten, Saucen und Tierfutter verwendet.
Das Antioxidationsmittel Carnosinsäure wird weltweit als Konservierungs- und Aromastoff in Fleischwaren, Ölen, Fetten, Saucen und Tierfutter verwendet.
(Bild: IPB)

Carnosinsäure als wichtiger Ausgangsstoff für phenolische Diterpene

Carnosinsäure ist zudem der Ausgangsstoff für die Biosynthese von vielen weiteren phenolischen Diterpenen, die als bioaktive Substanzen gegen Entzündungen, Krebs und verschiedenen neurodegenerative Erkrankungen wirken. Auch aus diesem Grund wird es interessant werden Carnosinsäure künftig biotechnologisch und damit unabhängig von Klimaschwankungen, Bodenqualität und Ernteerträgen zu produzieren.

Originalpublikation: Ulschan Scheler, Wolfgang Brandt, Andrea Porzel, Kathleen Rothe, David Manzano, Dragana Bozic, Dimitra Papaefthimiou, Gerd Ulrich Balcke, Anja Henning, Swanhild Lohse, Sylvestre Marillonnet, Angelos K. Kanellis, Albert Ferrer & Alain Tissier. Elucidationof the bioynthesis of carnosic acid and its reconstitution in yeast. Nature Communications 7: 12942, doi:10.1038/ncomms12

* S. Pieplow: Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie, 06120 Halle (Saale)

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