< Previous20 Lebensmittel-&Biotechnologie | 2023 | 06 wisseNsCHaFt Tausende Proteinschalter ermöglichen Pflanzen den Wechsel vom Dunkel ins Licht Biologen untersuchten in aktueller Studie molekulare Prozesse in großer Detailschärfe B ereits in der Schule lernt man, dass bei Lichtein- strahlung Pflanzen in ihren Chloroplasten Fo- tosynthese betreiben. Bei Dunkelheit kommt dieser Prozess zum Erliegen. Stattdessen akti- vieren grüne Pflanzengewebe wie bei- spielsweise Blätter dann die Zellatmung, bei der sie Kohlenhydrate und Sauer- stoff in den Mitochondrien verbrauchen, ähnlich wie Menschen das ständig tun. Diese beiden Prozesse – Fotosynthese und Zellatmung – finden in Pflanzen- zellen sowohl räumlich als auch zeitlich voneinander getrennt statt. Die grund- legende Umstellung ihres Stoffwechsels ist eine Meisterleistung, die Pflanzen fast unbemerkt im täglichen Licht-Dunkel Wechsel in kürzester Zeit vollziehen. Was dabei in der Pflanze auf moleku- larer Ebene genau passiert, beschäftigt Wissenschaftler bereits seit Jahrzehnten. Allerdings fokussierten sich die meis- ten Studien bisher auf die Regulation Schloss Universität Münster © Jan Lehmann einzelner Proteine. Ein Forschungsteam um Prof. Dr. Iris Finkemeier vom Insti- tut für Biologie und Biotechnologie der Pflanzen an der Universität Münster hat nun eine Studie veröffentlicht, die die zentrale Reprogrammierung auf Ebene der Proteine in bisher nicht da gewe- sener Detailschärfe analysiert. Die For- scherinnen und Forscher analysierten Blattgewebe von Pflanzen beim Wechsel von Dunkelheit zum Licht. Ergebnis: In- nerhalb von nur 15 Minuten nach dem Wechsel ins Licht ist die Fotosynthese voll aktiv. Die Pflanze stellt dabei nicht ihr gesamtes Inventar an Proteinen neu her, sondern nimmt gezielt biochemi- sche Veränderungen an den bereits vor- handenen Proteinen vor, sogenannte posttranslationale Modifikationen (PTM). Diese PTM können wiederum die Akti- vität von Enzymen steuern und so die Funktion der Zelle rasch und grundle- gend umstellen. Die Studienergebnis- se sind jetzt in der Fachzeitschrift „The Plant Journal“ erschienen. Hintergrund und methodisches Vorgehen In bisherigen Studien untersuchten die Wissenschaftler nur einzelne PTM, wie beispielsweise die Phosphorylierung, und betrachteten oft nur ausgewählte Proteine. „Wir haben uns diese Prozesse für das gesamte Proteininventar ange- schaut und dazu erstmals drei der wich- tigsten Modifikationen untersucht, die die Proteinfunktionen steuern: Phos- phorylierung, Lysin-Acetylierung und Cystein-basierte Redox-Schalter. Unsere Ergebnisse stellen einen Atlas der Pro- teinmodifikationen im Dunkel-Licht- Wechsel der Modellpflanze Arabidopsis thaliana dar – besser bekannt als Acker- Schmalwand. Andere Forscher können in unserem Datensatz nach einem be- stimmten Protein suchen und prüfen, ob es im Dunkel-Licht-Wechsel chemisch verändert wird mit möglichen Folgen für seine Funktion“, erklärt Iris Finkemeier. Von den über 24.000 nachgewiesenen Pro. Iris Finkmeier © Laura-Grahn posttranslationalen Proteinmodifikati- onen wurden mehr als 1.700 während des Übergangs von Dunkelheit zu Licht verändert. Neben physiologischen Methoden zur Messung der Fotosyntheseleistung und - wendete das Team hochauflösende Pro- teinmassenspektrometrie, um mehrere tausend Proteine gleichzeitig zu be- trachten. Mithilfe der Massenspektrome- trie bestimmen die Biotechnologen die exakte Masse von komplexen Molekülen. Wenn das Molekül eine chemische Mo- difikation trägt, hat es ein anderes Ge- wicht als ein Molekül ohne die Modifi- kation. „Wir können die exakte Masse mit einer Abweichung von nur einem Milligramm pro Kilogramm bestimmen. Das ist so, als würde man alle Einwohner einer Kleinstadt wiegen und zwar jeweils auf das Zehntelgramm genau“, erläutert Dr. Jürgen Eirich, Koautor der Studie. Die ersten Änderungen konnten bereits nach fünf Minuten im Licht beobach- tet werden, wobei zu diesem Zeitpunkt noch die meisten Veränderungen an den Proteinen in den Chloroplasten stattfan- den, also dort, wo der Start der Fotosyn- these primär zu einer Veränderung der Zellfunktion führt. Diese Veränderungen bleiben jedoch nicht auf die Chloroplas- ten beschränkt. Nach 30 Minuten ist die gesamte Zelle von diversen Veränderun- gen an den Proteinen betroffen. Die Studienergebnisse sind insbeson- dere für Biologen, Biotechnologen und Pflanzenzüchtern von Bedeutung. Sie bieten eine reichhaltige Ausgangsba- sis, um den Stoffwechsel von Pflanzen an den entscheidenden Stellen zu ver- ändern oder Stoffwechselwege an- oder abzuschalten, um Wachstum, Ertrag oder Widerstandsfähigkeit von Pflan- zen zu verbessern. An der Arbeit waren auch Wissenschaftler der Universi- tät Bonn und des Max-Planck-Instituts für molekulare Pflanzenphysiologie in Golm beteiligt. Die Arbeit erhielt finan- zielle Unterstützung von der Deutschen Forschungsgemeinschaft. Kontakt: Universität Münster Kathrin Kottke kathrin.kottke@uni-muenster.de Der Welkin Media Verlag wünscht frohe Weihnachten und ein gesundes, erfolgreiches neues Jahr! Wir verzichten erneut auf den postalischen Versand von Weihnachtskarten und spenden stattdessen einen Betrag an die St. Anna Kinderkrebsforschung. Wir möchten uns an dieser Stelle herzlich für Ihr Interesse im vergangenen Jahr bedanken. 22 Lebensmittel-&Biotechnologie | 2023 | 06 Neuigkeiten des Vereins Österreichischer Lebensmittel- und Biotechnologen Terminhinweise Safety Assessment of Packaging Materials International Symposium Thursday, 25 January 2024, 10 a.m. to 5 p.m. Event Hall of the FH Campus Wien – University of Applied Sciences, Favoritenstraße 226, 1100 Vienna 17th International Cereal and Bread Congress April 22-25, 2024 in Nantes, France VÖLB Herbsttagung 2023 Die Herbsttagung des VÖLB widmete sich dem breiten Thema „Risken und Nutzen von Lebensmitteln”. Im öffentlichen Dis- kurs über Lebensmittel werden die Risken von Lebensmitteln zwar intensiv behan- delt, aber es gibt zwischen den Einschät- zungen bezüglich der unterschiedlichen Risken-Aspekte durch Expert*innen und Konsument*innen große Diskrepanzen. Als Einstieg in die Thematik wurden die Nutzenaspekte von Lebensmitteln von Klaus Dürrschmid (BOKU) diskutiert. Der Nutzen von Lebensmitteln scheint auf der Hand zu liegen, ist aber bei näherer Betrachtung nicht nur auf die lebens- erhaltende Funktion und die Förderung von Gesundheit und Wohlbefinden be- schränkt. Auch soziale und psycholo- gische, kommunikative und ethische Aspekte spielen eine Rolle im gesamten Nutzenspektrum von Lebensmitteln. Die Minimierung der Risken durch Le- bensmittel ist seit vielen Jahrzehnten ein wichtiger Fokus der Lebensmittelfor- schung. Um welche Risken es sich dabei handelt und wie sie reduziert und kont- rolliert werden können, damit beschäftig- ten sich die weiteren Vortagenden dieser VÖLB-Herbsttagung. Rudolf Krska (BOKU) stellte die Problema- tik von Mykotoxinen in den Fokus seines Vortrags, der schlussendlich zum Schluss führte, dass völlig toxinfreie Lebensmittel eine Illusion sind. Durch moderne und sehr leistungsfähige Analysemethoden sind minimale Mengen von Mykotoxinen feststellbar und durch geeignete Metho- den auch reduzierbar. Jürgen König (Uni Wien) diskutierte in seinem Vortrag, inwiefern Zucker und Süßstoffe als problematische, risikobehaf- tete Lebensmittelinhaltsstoffe aufzufassen sind. Er stellte ihre Risken vor allem hin- sichtlich der Entstehung von Adiposi- tas, Herz-Kreislauferkrankungen und des metabolischen Syndroms dar, versuchte aber, die oft dramatisch geführte öffent- liche Debatte sachlich zu beruhigen. Die gesundheitsproblematischen Aspekte von Zucker und Süßstoffen würden häufig übertrieben dargestellt. Sabine Baumgartner (BOKU) widmete sich in ihrem Vortrag den Allergenen in Lebensmitteln, den Symptomen von Al- lergien und vor allem den elaborierten fit-for-purpose Methoden ihrer Analyse, die DNA-basiert, immunochemisch oder massenspektrometrisch sein können. Ab- schließend warf sie einen Blick auf die Codex-Alimentarius-Aktivitäten bezüglich Allergen-Problematik bei Lebensmitteln. Martin Wagner (VetMed Wien) sprach über mikrobiologische Lebensmittelsicherheit im Allgemeinen und zeigte, welche Mik- roorganismen tatsächlich Relevanz für die Lebensmittelsicherheit aufweisen, und wie es in den letzten 20 Jahren in Öster- reich gelungen ist, die lebensmittelbe- dingten Ausbrüche von über 600 im Jahr 2006 auf 30 im Jahr 2022 zu senken. Er sieht die Ursachen dieses und des zukünf- tigen Erfolgs in der mikrobiologischen Le- bensmittelsicherheit in der Anwendung systemorientierter Ansätze. Konrad Domig (BOKU) sprach über Lebensmittelsicherheit im europäi- schen Kontext und zeigte u.a. Ergeb- nisse von Befragungen unter europäi- schen Konsument*innen bezüglich der Sicherheit von Lebensmitteln. So sind beispielsweise nur 33% der polnischen Konsument*innen am Thema der Le- bensmittelsicherheit interessiert, aber 99% in Griechenland und 65% in Österreich. RASFF zeigt klar, dass Salmonellen mit 70% aller Ausbrüche, Listerien mit 16 %, E.coli mit 5% und Noroviren mit 4% den Löwen- anteil stellen, aber auch Campylobacter verursacht beträchtliche gesundheitliche Probleme innerhalb der EU. Domig sieht als große Herausforderung der Zukunft die ökologische Transformation unseres Lebensmittelsystems unter Wahrung der Lebensmittelsicherheit. Die überaus erfolgreiche Veranstaltung fand ihren würdigen Abschluss mit einem come-together mit Buffet und Getränken in der Aula der Universität für Bodenkultur Wien. chz.at/voelbzum Download Vertrauenssache Lebensmittel? EinhaltunggesetzlicherVorschriftenund Qualitätssicherung durch wegweisende Technologien wie die Compre- hensive Chromatographie und Kopplungstechniken UnterstützungdurchExpertenwissen mit kostenlosem Applikationshandbuch zum Download Bei Lebensmitteln vertrauen Hersteller und Konsu- menten auf sichere und qualitativ hochwertige Zutaten. Shimadzu schafft die Basis für dieses Vertrauen – als weltweit führender Hersteller von Analysesystemen für Lebensmittel und Getränke von der Produktion bis zum Verzehr. EinfacheIdentifikationundQuantifizierung von Schadstoffen, etwa Mykotoxine, Dioxine, Schwermetalle HochmoderneAnalysesysteme wie Chromatographie, Massenspektrometrie, Spektroskopie, Materialprüfung www.shimadzu.eu.com/lebensmittelindustrieErfolgsfaktor Nachhaltigkeit. Mit Weitsicht in eine verlässliche Zukunft. Vorausschauend zu agieren ist der einzige Weg in eine verlässliche Zukunft. Das Geschäftsmodell von DACHSER setzt daher auf nachhaltiges Handeln. Mit einer Unternehmenskultur, die auf Verantwortung, soziales Engagement und eine umfassende Umwelt- und Klimaschutzstrategie setzt, ist DACHSER ein zuverlässiger Partner – auf lange Sicht. dachser.atNext >