AG Beerhues

Forschungsschwerpunkte

Biosynthese und Biotechnologie pflanzlicher Naturstoffe

  • Pflanzen bilden eine beeindruckende Vielfalt von Naturstoffen. Der Großteil der biologisch aktiven Verbindungen entspringt dem Sekundärstoffwechsel. Die Aufklärung der Biosynthesewege und ihrer Regulation bildet die Basis für eine gezielte metabolische Modifikation und Ansätze der synthetischen Biologie. Ziele sind die Beeinflussung von Arzneipflanzen und abgeleiteten Zellkulturen für ein verbessertes Spektrum an therapeutisch wertvollen Verbindungen sowie die Etablierung von pflanzlichen Biosynthesewegen in veränderten Mikroorganismen.
    Unsere Arbeit ist vornehmlich auf die Biosynthese von Polyketid-Derivaten ausgerichtet. weiter...

1. Benzophenon- und Xanthon-Stoffwechsel

  • Benzophenon-Derivate haben antitumorale, antibakterielle und HIV-inhibitorische Eigenschaften. Ihr Grundgerüst wird aus einer aktivierten Benzoesäure und drei Molekülen Malonyl-CoA gebildet. Diese Reaktion wird von der Benzophenon-Synthase, einer Typ III-Polyketid-Synthase katalysiert. Aminosäuren des aktiven Zentrums wurden durch ortsgerichtete Mutagenese verändert. Ein einzelner Aminosäure-Austausch überführte die Benzophenon-Synthase in eine Phenylpyron-Synthase, eine neue Typ III PKS-Variante. Die Homologie-Modellierung zeigte, dass die Punktmutation eine neue Tasche im aktiven Zentrum öffnet. Die Kristallisierung der Benzophenon-Synthase ist in Arbeit. weiter...

2. Hyperforin-Biosynthese im Johanniskraut

  • Extrakte des Johanniskrauts (Hypericum perforatum ) werden zur Behandlung von leichten bis mittelschweren Depressionen eingesetzt. Ein wichtiger Wirkstoff ist das Hyperforin. Es hemmt nicht-selektiv die Wiederaufnahme von Neurotransmittern in das Axoplasma. Die Zielstruktur ist TRPC6. Hyperforin ist strukturell wie funktionell ein neuartiges Antidepressivum.  Die Verbindung wirkt darüber hinaus antibakteriell gegen gram-positive Bakterien und entzündungshemmend. Dies erklärt die traditionelle Anwendung von Johanniskraut-Extrakten zur lokalen Behandlung von infizierten Wunden und Hautreizungen. weiter...

3. Biphenyl- und Dibenzofuran-Bildung im Apfel

  • Biphenyle und Dibenzofurane sind die Phytoalexine der Malinae, einer Untertribus der Rosaceae (früher Unterfamilie Maloideae). Zu den Malinae gehören viele ökonomisch wichtige Obstbäume wie Apfel und Birne sowie der arzneilich verwendete Weißdorn. Die Akkumulation von Biphenylen und Dibenzofuranen ist eine aktive Pathogen-Abwehrstrategie, die auf die Malinae beschränkt ist. Der Beitrag der Phytoalexin-Bildung zur Abwehr von Feuerbrand und Schorf sowie zur Nachbaukrankheit wird untersucht. Das Schlüsselenzym der Biosynthese ist die Biphenyl-Synthase (BIS), die erstmals in Elicitor-behandelten Zellkulturen von Sorbus aucuparia nachgewiesen wurde. weiter...

4. Evolution von Polyketid-Synthasen und CoA-Ligasen

  • In einem phylogenetischen Baum von Typ III Polyketid-Synthasen (PKS) zerfallen die Aminosäuren-Sequenzen aus Angiospermen in zwei Cluster. Die eine Gruppe umfasst Chalcon-Synthasen (CHS). CHS ist in höheren Pflanzen ubiquitär verbreitet. Die zweite Gruppe besteht aus Enzymen, die sich funktionell von CHS unterscheiden, wie z.B. Benzophenon-Synthase (BPS) und Biphenyl-Synthase (BIS). Offensichtlich entspringen die beiden Cluster der Duplikation eines gemeinsamen Vorläufer-Gens vor der Spezies-Bildung der Angiospermen. Ein Gen nach dem Duplikationsereignis behielt die CHS-Funktion, die für Pflanzen unverzichtbar ist (UV-Schutz, Blütenpigmentierung etc.). weiter...

5. Biogenese von Benzoesäuren als Vorstufen

  • Neben ihrer Beteiligung am Benzophenon- und Biphenyl-Stoffwechsel sind Benzoesäuren Vorstufen einer Vielzahl von Naturstoffen, z.B. Taxol, Kokain und Reserpin. Darüber hinaus fungieren Salicylsäure und ihr Methylester als Signalmoleküle in der systemischen Krankheitsabwehr, d.h. der erhöhten Resistenz gegen Sekundärinfektion. Mit Benzoesäuren biogenetisch verwandt sind aromatische Aldehyde und Alkohole, z.B. Vanillin und Saligenin. Durch oxidative Decarboxylierung entstehen einfache Phenole wie z.B. Hydrochinon. weiter...