Arxula adeninivorans

Arxula adeninivorans, auch Blastobotrys adeninivorans, ist eine dimorphe Hefe-Art mit ungewöhnlichen Eigenschaften. Sie wurde zuerst Mitte der 1980er Jahre beschrieben und zunächst Trichosporon adeninivorans genannt.

Grundlagen

Nach ihrer Entdeckung in den Niederlanden wurden Stämme dieser Art u.a. in Sibirien und Südafrika gefunden. Sie wurden aus Bodenproben und Holzhydrolysaten isoliert. Nach detaillierten phylogenetischen Vergleichen mit verwandten Hefearten wurde A. adeninivorans im Jahre 2007 zu Blastobotrys adeninivorans umbenannt. Auf Wunsch vieler Wissenschaftler soll der populäre Name A. adeninivorans jedoch vorerst beibehalten werden. Alle A. adeninivorans-Stämme weisen ungewöhnliche biochemische Aktivitäten auf. Sie sind in der Lage, neben verschiedenen Zuckern Amine, Adenin (daher der Name adeninivorans) und andere Purine als einzige Kohlenstoffquelle zu nutzen. Ferner können sie Nitrat assimilieren und sind thermotolerant, d.h. sie können bei Temperaturen bis 48 °C wachsen. Ein besonderes Charakteristikum von biotechnologischer Bedeutung ist ein temperaturabhängiger Dimorphismus. Bei Temperaturen über 42 °C wird eine reversible Umwandlung von normalen Hefezellen in filamentöse Formen (ähnlich der von Schimmelpilzen) induziert. Hefeformen kehren bei Absenkung der Kultivierungstemperatur unter 42 °C zurück. Mit der Änderung der Morphologie sind Unterschiede in der Sekretion von Proteinen und in der Modifikation (Anheften von Zuckerketten) verbunden (siehe Abbildung 1).

Biotechnologisches Potenzial

Die zuvor beschriebenen ungewöhnlichen Eigenschaften machen A. adeninivorans zu einem attraktiven Organismus für biotechnologische Anwendungen. Einerseits ist die Hefe eine Quelle für viele Enzyme mit interessanten Eigenschaften für industrielle Anwendungen und den entsprechenden Genen, darunter zum Beispiel Glucoamylasen, Tannase, Lipasen, Phosphatasen und viele andere. Andererseits ist A. adeninivorans ein sehr robuster und sicherer Organismus, der nach gentechnischer Veränderung genutzt werden kann, Proteine im industriellen Maßstab herzustellen. Dazu werden geeignete Wirtsstämme mit “Plasmiden” transformiert, in denen unter anderem die genetische Anweisung zur Herstellung derartiger Proteine enthalten ist (siehe Abbildung 2). Die Grundstruktur derartiger Plasmide ist ähnlich der, wie unter den Wikipedia Stichwörtern Hansenula polymorpha und Proteinüberexpression bei Hefen (englische Version: en:Yeast expression platforms) beschrieben.

Anwendungen in der Biotechnologie

Eine Firma und ein akademisches Institut^[2] nutzen diese Hefe für derartige Anwendungen. Hier als exemplarisch zwei gentechnisch veränderte Stämme und ihre Anwendung: In beiden Fällen wurden mehrere Plasmide mit unterschiedlichen Proteingenen gleichzeitig in die Hefe übertragen. Im ersten Beispiel wurde ein Stamm durch gentechnische Veränderung mit der Fähigkeit ausgestattet, ein auf biologischem Wege abbaubares Plastikmaterial herzustellen, nämlich PHA (Polyhydroxyalkanoat). Dazu musste ein neuer Syntheseweg, bestehend aus drei enzymatischen Schritten, in die Hefe übertragen werden. Die entsprechenden Gene phbA, phbB und phbC wurden aus dem Bakterium Ralstonia eutropha isoliert und geeigneter, für die Hefe nutzbarer Form in Plasmide integriert. Diese Plasmide wurden in die Hefe eingeschleust und der so erzeugte gentechnisch veränderte Organismus war in der Lage, das Plastikmaterial effizient herzustellen. Im zweiten Beispiel wurde ein Biosensor für den Nachweis von Östrogenen in Umweltproben entwickelt. Dazu wurde die Wirkkette des Östrogens in der Hefe imitiert. Zunächst wurde auf einem ersten Plasmid ein Gen für den menschlichen Östrogenrezeptor alpha (hERalpha) in die Hefe übertragen. Ein derartiger Rezeptor erkennt und bindet das Hormon. Der Rezeptor interagiert nach Bindung des Östrogens mit einem zweiten Gen, das durch diese Interaktion aktiviert wird. Ein solches „Reportergen“ wurde auf einem zweiten Plasmid in die Hefe übertragen. Das “Reportergen” enthält die Produktionsanweisung für die Herstellung eines leicht mit einfachen Tests nachzuweisenden Proteins, etwa eines Enzymes oder eines Farbstoffes –dieses Gen lag in diesem Fall als Fusion an ein Kontrollelement vor, einem Promotor, der so modifiziert war, dass er den Rezeptor/Hormon Komplex erkennen konnte. Ein derartig veränderter Stamm kann in Gegenwart etwa von Abwasserproben kultiviert werde. Die Konzentration kann dann in Korrelation zur Menge des Reportergenproduktes (etwa Farbintensität oder Enzymaktivität) genau bestimmt werden.

Quellen

Literatur

• G. Gellissen (Hrsg.): Production of recombinant proteins - novel microbial and eukaryotic expression systems. Wiley-VCH, Weinheim 2005, ISBN 978-3-527-31036-4.