Geankerte, zyklische Peptide zur Anwendung im Pflanzenschutz

• Antragsteller: Dr. Abdulkadir Yayci
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung von 2022 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 510743119

Cyclotides sind natürlich vorkommende, zyklische Peptide, die weit verbreitete landwirtschaftliche Schädlinge wie Pilze und Insekten hemmen. Cyclotides sind nicht nur aufgrund ihres biologischen Ursprungs umweltfreundlich, sondern zeigen auch eine nachgewiesene Breitenwirkung und eine hohe Stabilität, was sie zu einem nützlichen Kandidaten für den Ersatz herkömmlicher Pestizide in der Landwirtschaft macht. Zu den derzeitigen Ansätzen gehören die Produktion von Cyclotides in transgenen Pflanzen, die dadurch resistent gegen Befall oder Infektionen werden, oder die Verwendung von Extrakten ausgewählter, natürlich Cyclotide-produzierender Pflanzen, die dann auf die Oberfläche der Pflanzen gesprüht werden können. Allerdings zeigen Cyclotides auch verschiedene Wechselwirkungen mit Proteinen im Menschen, was transgene Pflanzen für die Landwirtschaft ungeeignet machen kann, wenn die Cyclotide heterolog produziert werden. Pflanzenextrakte hingegen sind Gemische aus einer Vielzahl von Verbindungen, deren Zusammensetzung sich in Abhängigkeit der Wachstumsbedingungen erheblich ändern kann. Werden Cyclotides auf Pflanzen gesprüht, können sie außerdem leicht durch Regen oder Bewässerung abgewaschen werden, so dass sie häufig erneut ausgebracht werden müssen, was die Kosten und die Umweltbelastung erhöht. In diesem Forschungsprojekt sollen Cyclotides mit Ankerpeptiden kombiniert und ihre Wirksamkeit bei der Schädlingsbekämpfung getestet werden. Ankerpeptide sind kurze Peptide, die sich fest an die Oberfläche der Kulturpflanzen binden und die Ladung des Ankers regenfest machen. Um eine enge Bindung zu erreichen, soll das Ankerpeptid-Cyclotide (APC) als Fusionskonstrukt hergestellt werden. Aufgrund der komplexen Struktur von Cyclotides werden zwei Produktionswege in Betracht gezogen: 1) die vollständig rekombinante Überexpression des APC in einem biologischen Wirt oder 2) die Festphasensynthese des Cyclotids, die rekombinante Produktion des Ankerpeptids und die anschließende Zugabe eines zyklisierenden Enzyms (Asparaginyl-Endopeptidase, AEP), das sowohl die beiden Teile miteinander verbindet als auch die Struktur des Cyclotides finalisiert. In beiden Fällen werden die Produktionsbedingungen überwacht und systematisch optimiert, um sicherzustellen, dass genügend Material für Folgeexperimente vorhanden ist. Die Aktivität des APC wird dann im Zellmodel sowie an verschiedenen Schädlingen getestet, um die Wirksamkeit des Fusionskonstrukts zu gewährleisten. Ziel ist es dabei, eine APC-Variante zu erzeugen, die eine vergleichbare Aktivität wie das native Cyclotide aufweist. Darüber hinaus werden APCs in Abwaschversuchen auf Pflanzen getestet, um eine lang anhaltende Aktivität auf der Oberfläche sicherzustellen. Insgesamt besteht das Ziel darin, grundlegende Kenntnisse über das Design und die Produktion von Pestiziden auf Peptidbasis zu gewinnen und ein vollständig biobasiertes, regenfestes Pestizid auf der Grundlage der Cyclotid-Ankerpeptidarchitektur zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Australien
• Gastgeber: Professor David Craik