Verbundprojekte als Koordinator - IPB Halle
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Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie
Stiftung des öffentlichen Rechts
Verbundprojekte als Koordinator
Hier finden Sie Beschreibungen von Forschungsverbundprojekten, die vom IPB koordiniert werden bzw.
mitgegründet wurden und über eingeworbene Drittmittel finanziert werden.
Anschaffung eines Ion-mobility-Massenspektrometers
In vielen biologischen Prozessen werden die Auswirkungen der genetischen Ausstattung eines Organismus bzw.
einer Genaktivierung durch Biosynthese bzw. durch Umsatz von Metaboliten hervorgerufen. Einer groben
Schätzung zufolge kommen allein im Pflanzenreich ca. 200.000 bis 1.000.000 Metabolite vor, die in sehr
unterschiedlichen Konzentrationen vorhanden sind und eine ausgesprochen starke strukturelle und funktionelle
Diversität aufzeigen. Metabolite sind die Hauptkomponenten des Energiestoffwechsels, spielen eine große Rolle bei
der Steuerung entwicklungsphysiologischer Prozesse, sind Bestandteil komplexer Moleküle, die dem Organismus
Form und Struktur verleihen und vermitteln die Interaktion von Pflanzen mit ihrer Umwelt, sei es zur Abwehr von
Schädlingen und Frassfeinden, zur Etablierung von vorteilhaften Symbiosen oder zur Erschliessung von
Nährstoffquellen. Zudem finden viele pflanzliche Metabolite in der Medizin als Arzneimittel oder bei der Ernährung
als Nahrungsergänzungsmittel Anwendung.
Ziel der Forschung ist die Identifizierung und Charakterisierung von Metaboliten sowie die Aufklärung ihrer
Strukturen, die ihnen ihre Spezifität hinsichtlich ihrer spezifischen Funktionen in diesen Prozessen verleiht. Dazu
werden zunächst durch den Vergleich von Metabolitenmustern einer größtmöglichen Anzahl von Metaboliten
geeignete Kandidatenmoleküle bestimmt, die an der Ausprägung spezifischer physiologischer Merkmale beteiligt
sind. Die vielversprechendsten Kandidaten werden nachfolgend hinsichtlich ihrer Struktur analysiert. Mit dem Ion-
mobility-Massenspektrometer können diese Analysen umfangreicher und spezifischer erfolgen, da gegenüber den
bisher verwendeten Analyseinstrumenten zusätzlich die Sterochemie die wesentlich zur Wirkspezifität von
Metaboliten beiträgt, betrachtet wird. Dies ermöglicht die Detektion einer erheblich höheren Anzahl an Metaboliten
mit höherer Spezifität, und verbessert dadurch das Auffinden, die Identifizierung und die Charakterisierung
physiologisch relevanter Metabolite als Grundlage zur Entwicklung von Wirkstoffen in der Gesundheit und
Ernährung von Mensch, Tier und Pflanze.
Fördermittelgeber: Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und Land Sachsen-Anhalt
(ZS/2019/12/102201)
Förderperiode: 07/2020- 03/2022
Koordinator: Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB)
Kontakt am IPB: Dr. Jörg Ziegler, Abteilung Molekular Signalverarbeitung
1/7Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie
Stiftung des öffentlichen Rechts
Projekt Phytoeffektoren-WCH:
Entwicklung neuer Phytoeffektoren zur Verringerung von Trockenstress
Trockenstress-Experiment: Pflanzen von links nach rechts im Bild: 1. kein Stress; 2. Trockenheit ohne vorherige
Phytoeffektorgabe; 3 – 6: Anwendung von 1 µM – 10 µM – 25 µM – 50 µM (Spray) der getesteten Verbindung vor Trockenstress.
Dürre ist der relevanteste Stressfaktor für Ertragseinbußen in der Landwirtschaft. Phytoeffektoren mit niedrigem
Molekulargewicht sind in der Lage, die Reaktion der Pflanze auf Trockenstress günstig zu beeinflussen. In unserer
bisherigen Forschung wurden erste Substanzklassen mit einer deutlich positiven Wirkung Pflanzen unter
Trockenstreß identifiziert. Ziel unserer Arbeiten ist es, die molekularen Zielorte in der Pflanze zu identifizieren und
die ersten Substanzen mit Potential als Entwicklungskandidaten zu entwickeln. Dazu wird die Struktur der
bisherigen Treffer unter Verwendung von Instrumenten der medizinischen Chemie (Computermodelle und
synthetische Derivate), der Analytik und der Pflanzenbiochemie optimiert, um Verbesserungen der Aktivität,
Löslichkeit und Blattabsorption zu erreichen. Dazu nutzen wir sowohl in vitro-Targetenzym-Assays als auch
verschiedene Trockenstresstests an ganzen Pflanzen. Messungen in Wurzel- und Sprossbereich werden zusätzliche
Informationen über die Absorption und den Transport der Verbindungen liefern, ein Bereich, der in den
Pflanzenwissenschaften weitgehend unerschlossen ist. Wir erwarten eine für die Pflanzenanwendung optimierte
Leitverbindung, die für die Feldanwendung, Registrierung und Produktion entwickelt werden kann.
Die deutsche Landwirtschaft leidet unter den größten Ertragseinbußen aufgrund der verstärkten Trockenheit im
Frühjahr und Sommer. Die Steigerung der Dürre-Resistenz der Pflanzen ist eine Strategie, dieser Herausforderung
zu begegnen. Der Einsatz von sogenannten Phytoeffektoren, kleinen Molekülen, die die Reaktionen der Pflanze auf
äußere Reize verändern, ist eine Möglichkeit, dies zu erreichen ohne das eine vom Verbraucher oft unerwünschte
genetische Manipulation der Nahrungsmittelpflanze erforderlich wird. Die Wirkung ist zudem zeitlich und lokal
kontrollierbar, auf verschiedene Nutzpflanzen anwendbar und es können die in der Landwirtschaft üblichen
Methoden zur Ausbringung von Dünger und Pflanzenschutzmitteln verwendet werden. Die Entwicklung neuer
Phytoeffektoren, die unseren Nutzpflanzen helfen, Perioden mit geringer Bodenfeuchtigkeit zu überstehen sind ein
zunehmend wichtiger Schritt zur Verbesserung der Erträge, für den ein Milliarden-Euro-Markt erwartet wird.
Fördermittelgeber: Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und Land Sachsen-Anhalt
2/7Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie
Stiftung des öffentlichen Rechts
(ZS/2018/10/95065)
Verbund WCH: Etablierung eines regionalen Forschungsnetzwerks zur Pflanzenbasierten Bioökonomie durch
den WissenschaftsCampus Halle (ZS/2016/04/78150)
Förderperiode: 01/2020- 09/2022 (Verbund WCH: 22.12.2015 – 31.03.2023)
Koordinator: Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB)
Kontakt am IPB: Prof. Dr. Ludger Wessjohann, Abteilung Natur- und Wirkstoffchemie
Partner: Prof. Dr. Edgar Peiter, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, SKW Piesteritz GmbH Links:
Wissenschaftscampus Halle
INDUCEPROT
Induzierte Anreicherung von rekombinanten Proteinen im Gerstenendosperm
INDUCEPROT wird eine "Treiberlinie" aus Gerste als Produktionsplattform für hochwertige Proteine generieren. Eine
Reduzierung des körpereigenen Samenspeicherproteins HORDEIN wird die Produktion und Akkumulation von
rekombinanten Targetproteinen begünstigen. Der dreistufige Prozess umfasst a) Korn-spezifische (Endosperm)
Expression des Zielproteins, b) induzierte Inaktivierung der HORDEIN-Akkumulation und c) Vergleich mit
bestehenden Proteinproduktionssystemen. Die Kombination von innovativen in vivo-Protein Modulation und
gezielte Mutagenese ermöglichen eine Verlagerung von der Akkumulation von endogenem HORDEIN zur
Akkumulation von Zielproteinen durch Veränderung der Wachstumstemperatur der Pflanze. Dies ermöglicht eine
Hochskalierung der pflanzlichen Produktion von Proteinen/Arzneimitteln und leistet somit einen Beitrag zur
Bioökonomie.
Förderung: Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE)
Förderzeitraum: 03/2019 - 12/2021
Koordinator: Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB)
Partner mit eigenständig koordinierten Teilprojekten: Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für
Agrar- und Ernährungswissenschaften - Pflanzenwissenschaften
Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung Gatersleben (IPK)
Ansprechpartner am IPB: Dr. Nico Dissmeyer
3/7Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie
Stiftung des öffentlichen Rechts
WOLF
Unkrautbekämpfung mittels biologischer Substanzen aus nekrotisierenden pflanzen-pathogenen Pilzen
Weltweit variiert der durch Schädlinge bedingte Ernteverlust zwischen 50% (bei Weizen) und 80% (bei Baumwolle).
Dabei verursachen Unkräuter 34% aller durch Schädlinge bedingten Ernteausfälle. Schätzungen gehen aktuell
davon aus, dass der weltweite Markt für Herbizide ein Volumen von mehr als 34 Milliarden Dollar im Jahre 2022
erreichen wird. Dabei sind es die Bio-Herbizide, denen die höchste Wachstumsrate in diesem Markt prognostiziert
wird (23,5% durchschnittliches jährliches Wachstum im Prognosezeitraum 2016-2022). Ein Grund für die
wachsende Nachfrage nach bio-kompatibler Unkrautbekämpfung in der Öffentlichkeit, liegt in der aktuellen
kontroversen Diskussion über das Risiko synthetischer Herbizide wie Glyphosat. Aggressive pflanzenpathogene
Pilze erzeugen Nekrosen, die letztendlich zum Absterben des Wirtes führen. Im Rahmen des Projektes WOLF sollen
aus Kulturen dieser Pilze die Nekrose verursachenden Inhaltsstoffe isoliert, charakterisiert und in ihrer Struktur
geklärt werden. Eine sich anschließende Total-/ Partialsynthese der aktiven Verbindung(en) stellt zum einen
genügend Substanzmenge für eine erweiterte biologisch Prüfung bereit, zum anderen sollen chemische
Modifikationen ihre Wirksamkeit erhöhen. Durch unseren Ansatz werden neuartige Bio-Herbizide für die
Landwirtschaft mit besserer Akzeptanz in der Bevölkerung bereitgestellt.
Förderung: Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE)
Förderzeitraum: 03/2019 - 12/2021
Koordinator: Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB)
Partner mit eigenständig koordinierten Teilprojekten: Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für
Agrar- und Ernährungswissenschaften - Pflanzenwissenschaften
Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für Chemie - Organische Chemie
Ansprechpartner am IPB: Dr. Norbert Arnold
CombioScreen
Metabolite aus der Natur und ihre Abkömmlinge sind ein bedeutender Bestandteil der Pharmazie und liefern
4/7Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie
Stiftung des öffentlichen Rechts
regelmäßig neue Medikamente. Trotzdem kann ihr volles Potential nicht ausgeschöpft werden, da sie in niedrigen
Konzentrationen vorkommen, der Zugang zu den produzierenden Pflanzen schwer ist oder ihre Synthese komplex
ist. Allerdings sind bedeutende Fortschritte im Bereich des Metabolit-Engineerings zur Produktion natürlicher Stoffe
in Mikroorganismen gemacht worden. So ist es möglich pflanzliche Sekundärmetabolite in Hefe zu produzieren,
was ein Hauptaugenmerk des CombioScreen-Projekts ist. Unter Verwendung verfügbarer genetischer
Informationen über pflanzliche Diterpenbiosynthesen und eines experimentellen Ansatzes basierend auf der
Golden-Gate-Klonierung wird die Arbeitsgruppe von Prof. Alain Tissier eine Genbibliothek von Kandidatenenzymen
generieren, die in solchen Stoffwechselwegen beteiligt sind. Die Gene schließen Klasse I und Klasse II
Diterpensynthasen und Cytochrom-P450-Enzyme ein. Ein automatisiertes Massenspektrometrie- Screening soll
diejenigen Genkombinationen ermitteln, die neue Produkte erzeugen, deren Aktivität dann gegen Krebszelllinien
getestet werden soll. Anschließend wird die chemische Struktur der aktiven Stoffe bestimmt und ihre
Funktionsweise in Tumorzellen intensiv untersucht.
Förderung: Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE)
Förderzeitraum: 01/2019 - 12/2021
Koordinator: Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB)
Partner: BioZentrum, Medicinal-Pharmaceutical Chemistry, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (PD Dr.
Köck)
Ansprechpartner: Prof. Alain Tissier
ProCognito
Pflanzliche Wirkstoffe zum Erhalt der kognitiven Leistungsfähigkeit im Alter
Die kognitiven Fähigkeiten im Alter, die eine wesentliche Voraussetzung für den Erhalt einer selbstbestimmten
Lebensweise sind, werden von einer Vielzahl an Faktoren beeinflusst. Die molekulare Dynamik von Synapsen
(Verbindungsstellen von Nerven) spielt dabei nicht nur beim normalen Altern, sondern auch im frühen Stadium der
Entwicklung einer Demenz wie bei Alzheimer und anderen neurodegenerativen Erkrankungen eine entscheidende
Rolle. Synaptische Kommunikationsprozesse können durch entzündliche Erkrankungen und Faktoren des
Metabolischen Syndroms (u.a. Altersdiabetes, hoher Blutdruck) gestört werden.
Pflanzliche Wirkstoffe besitzen aufgrund ihrer evolutionären Entwicklung als Verteidigungssubstanzen gegen
Fraßfeinde ein besonderes Potential für neurologische Anwendungen und weisen oftmals auch anti-oxidative und
anti-inflammatorische Eigenschaften auf, die vom Menschen seit Jahrtausenden genutzt werden.
5/7Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie
Stiftung des öffentlichen Rechts
Im ProCognito-Projekt sollen Wirkung und Anwendungspotential von ausgewählten Pflanzenextrakten und -stoffen
spezifisch im Hinblick auf die Beeinflussung synaptischer Prozesse untersucht werden, um neue Lösungsansätze
zum Erhalt der kognitiven Fähigkeiten im Alter auf der Grundlage von pflanzlichen Naturstoffen zu entwickeln. In
der Abteilung Natur- und Wirkstoffchemie des IPB erfolgt die analytische und phytochemische Charakterisierung
der Proben sowie die Identifizierung, Isolierung und Optimierung der Wirkstoffe, deren Wirksamkeit vom
Kooperationspartner (AG M. Kreutz) am Leibniz-Institut für Neurobiologie (LIN) in Magdeburg getestet wird.
Darüber hinaus eröffnet die in das Projekt integrierte Etablierung und Erweiterung einer elektronischen Wirkstoff-
Cloud neue Möglichkeiten zur fachübergreifenden Vernetzung, Kommunikation, Evaluierung und Verwertung von
wissenschaftlichen Daten. Die Grundlagen für diese innovative Plattform für die gezielte Suche, Analyse, den
Austausch und das Management von Daten wurden im Leibniz-Forschungsverbund „Wirkstoffe und Biotechnologie“
gelegt. Die Erschließung von Informationen soll z.B. durch semantische Textanalyse, Verwendung von Ontologien
und Implementierung eines intelligenten neuronalen Netzwerkes verbessert werden.
Förderung: Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE)
Teil des Forschungsverbundes "Autonomie im Alter - Modellregion Sachsen Anhalt"
Förderzeitraum: 07/2019 - 09/2022
Koordinator: Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB)
Partner: Leibniz-Institut für Neurobiologie Magdeburg (LIN)
Ansprechpartner: Dr. Katrin Franke und Prof. Dr. Ludger Wessjohann
PhytoAD
Nutzung von Naturwirkstoffen zur Prävention und Therapie von Demenzerkrankungen und
altersbedingten kognitiven Störungen
6/7Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie
Stiftung des öffentlichen Rechts
Hypericum perforatum L. (Echtes Johanniskraut)
Alzheimer-Demenz als häufigste altersbedingte Erkrankung des zentralen Nervensystems ist mit einer erheblichen
Einschränkung der Eigenständigkeit im Alltag verbunden. Derzeit existieren jedoch nur symptomatisch wirkende
Therapieoptionen.
Ziel des PhytoAD-Projektes ist es, durch interdisziplinäre Zusammenarbeit und Integration der im Land Sachsen-
Anhalt ansässigen Einrichtungen und Betriebe sowohl neue Pflanzen und Naturstoffe zur Behandlung von
kognitiven Störungen im Alter zu entdecken, als auch neuroaktive Substanzen aus beschriebenen Arten, wie z.B.
Echtes Johanniskraut (Hypericum perforatum L.) und Griechischen Bergtee (Sideritis scardica Griseb.), genau zu
charakterisieren und im Hinblick auf eine Verbesserung von Demenzsymptomen, Lernfähigkeit und
Gedächtnisleistung im Alter zu evaluieren. Dabei geht es insbesondere um die anwendungsbezogene Ausweitung
von grundlegenden Erkenntnissen zur Erzeugung, Reinigung und Wirkung der neuroaktiven Substanzen. Basierend
auf phytochemischer und phytogenetischer Charakterisierung sollen neben definierten Pflanzenextrakten auch
Monosubstanzen mit pharmazeutischem Potential identifiziert werden.
Förderung: Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE)
Teil des Forschungsverbundes "Autonomie im Alter - Modellregion Sachsen Anhalt"
Förderzeitraum: 06/2017- 08/2021
Koordinator: Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB)
Partner: Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung Gatersleben (IPK)
Ansprechpartner: Prof. Dr. Ludger Wessjohann und Dr. Katrin Franke
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