Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Pflanzen erkennen ähnlich wie Säugetiere bakterielles Endotoxin

03.03.2015

Wichtiger Mechanismus im Immunsystem von Pflanzen entschlüsselt

Pflanzen besitzen, wie auch Menschen und Tiere, eine natürliche Immunität, die der Abwehr von Krankheitserregern dient. Molekulare Strukturen der Erreger, die nicht in Menschen, Tieren oder Pflanzen vorkommen, dienen dabei als Erkennungsmerkmal und Auslöser der Immunantwort.


Die Wissenschaftler untersuchten die Immunmechanismen gegen Lipopolysaccharid an der Modellpflanze Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand). (Foto: Stefanie Ranf / TUM)

Lipopolysaccharid (Endotoxin) aus der Außenhülle bestimmter Bakterien ist eine solche Substanz. Ein Wissenschaftler-Team von der Technischen Universität München (TUM), dem Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie in Halle (IPB) und dem Leibniz-Zentrum für Medizin und Biowissenschaften in Borstel hat nun den ersten Immunsensor für Lipopolysaccharid in Pflanzen beschrieben.

Nicht nur Menschen und Tiere, sondern auch Kulturpflanzen wie beispielsweise Tomate, Kohlgewächse und Reis werden von Bakterien befallen. Das verursacht weltweit wirtschaftlich bedeutende Ernteverluste. Pflanzen sind jedoch nicht wehrlos, denn sie besitzen ein natürliches Immunsystem.

Verschiedene Immunsensoren erkennen dabei Substanzen, die nur in Mikroorgansimen vorkommen und lösen Abwehrreaktionen aus. In Säugetieren erkennt der „Toll-Like Receptor 4“ beispielsweise Lipopolysaccharid, das auch als Endotoxin bezeichnet wird und der Hauptbestandteil der Außenhülle von vielen bakteriellen Krankheitserregern ist.

Da auch Pflanzen auf Lipopolysaccharid mit einer Immunantwort reagieren, wurde angenommen, dass sie auch einen Immunsensor für diese Substanz besitzen. Die Natur dieses Sensors war aber bis jetzt unbekannt. Ein Team aus Wissenschaftlern verschiedener Disziplinen hat jetzt den Erkennungsmechanismus für bakterielles Lipopolysaccharid in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) entschlüsselt.

Die Suche nach dem pflanzlichen Lipopolysaccharid-Sensor war schwierig, da es sich bei dem Endotoxin nicht um ein definiertes Molekül, sondern um ein komplexes Gemisch von ähnlichen Lipopolysaccharid-Molekülen handelt. Es lässt sich daher bisher auch nicht synthetisch für Versuche herstellen.

Die Analyse, Reinigung und chemische Auftrennung der Bestandteile des Lipopolysaccharids am Forschungszentrum Borstel war deshalb eine wichtige Voraussetzung für die genetischen und biochemischen Tests an Pflanzen an der TUM und am IPB.

Protein LORE hilft Pflanzen bei Abwehr von Bakterien

Die Wissenschaftler konnten jetzt entschlüsseln, mit welchem Sensor Arabidopsis-Pflanzen Lipopolysaccharid erkennen. Sie zeigten mit ihren Experimenten, dass das von ihnen entdeckte Protein LORE („LipoOligosaccharide-specific Reduced Elicitation“) diese Aufgabe übernimmt und die nachfolgende Immunabwehr einleitet. LORE unterscheidet sich in seinem Aufbau aber von tierischen Lipopolysaccharid-Sensoren. Die Evolution hat dieses Prinzip der Erkennung also zweimal – in Tieren und Pflanzen - unabhängig voneinander hervorgebracht.

Die Wissenschaftler konnten ebenfalls zeigen, dass trotz des unterschiedlichen Aufbaus der Sensoren sowohl Tiere als auch Pflanzen denselben Bestandteil des Lipopolysaccharid, das so genannte Lipid A, erkennen. Lipid A kann bei Menschen und Säugetieren zu einer überschießenden Immunantwort mit lebensbedrohlichen Komplikationen, der Sepsis und dem septischen Schock, führen.

Interessanterweise weisen nicht alle Pflanzen den Immunsensor LORE auf, sondern ausschließlich Kreuzblütler. Zu dieser Pflanzenfamilie gehören neben Arabidopsis wichtige Kulturpflanzen wie Kohlgewächse, Senf und Raps. Die Wissenschaftler fanden aber weiterhin heraus, dass der Sensor seine Funktion behält, wenn man ihn in andere Pflanzen überträgt. Somit könnte er als Werkzeug zur Erforschung und Erzeugung von Pflanzen mit verbesserter Resistenz gegen bakterielle Erreger dienen, meinen die Forscher.

Die Arbeiten wurden durch den Sonderforschungsbereich 924 sowieso das Schwerpunktprogramm 1212 der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützt.

Originalpublikation
Stefanie Ranf, Nicolas Gisch, Milena Schäffer, Tina Illig, Lore Westphal, Yuriy A. Knirel, Patricia M. Sánchez-Carballo, Ulrich Zähringer, Ralph Hückelhoven, Justin Lee & Dierk Scheel, A lectin S-domain receptor kinase mediates lipopolysaccharide sensing in Arabidopsis thaliana, Nature Immunology.
DOI: 10.1038/ni.3124

Kontakt:
Dr. Stefanie Ranf
Technische Universität München
Lehrstuhl für Phytopathologie
Tel.: +49 (0)8161 715626
ranf@wzw.tum.de

Prof. Dr. Dierk Scheel
Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB) in Halle
Tel.: +49 (0)345 5582 1400
dscheel@ipb-halle.de

Die Technische Universität München (TUM) ist mit rund 500 Professorinnen und Professoren, 10.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern und mehr als 37.000 Studierenden eine der forschungsstärksten Technischen Universitäten Europas. Ihre Schwerpunkte sind die Ingenieurwissenschaften, Naturwissenschaften, Lebenswissenschaften und Medizin, ergänzt um die Wirtschafts- und Bildungswissenschaften. Die TUM handelt als unternehmerische Universität, die Talente fördert und Mehrwert für die Gesellschaft schafft. Dabei profitiert sie von starken Partnern in Wissenschaft und Wirtschaft. Weltweit ist sie mit einem Campus in Singapur sowie Niederlassungen in Brüssel, Kairo, Mumbai, Peking und São Paulo vertreten. An der TUM haben Nobelpreisträger und Erfinder wie Rudolf Diesel und Carl von Linde geforscht. 2006 und 2012 wurde sie als Exzellenzuniversität ausgezeichnet. In internationalen Rankings gehört sie regelmäßig zu den besten Universitäten Deutschlands. www.tum.de

Media Relations | Technische Universität München (TUM)

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers
28.04.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Forschungsteam entdeckt Mechanismus zur Aktivierung der Reproduktion bei Pflanzen
28.04.2017 | Universität Hamburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie