Südlich der Sahara kommt die Tsetse-Fliege in weiten Teilen Afrikas vor. Die Fliege ernährt sich von menschlichem und tierischem Blut. Dabei kann sie Trypanosomen übertragen, kleine einzellige Organismen, die die Fliege als Zwischenwirt nutzen und bei Mensch und Tier eine gefährliche Entzündung des Lymph- und Nervensystems auslöst. Gegen diese Schlafkrankheit gibt es keine Impfung, unbehandelt führt sie meist zum Tode. In der Landwirtschaft, insbesondere der Rinderzucht, führt die Schlafkrankheit - hier Trypanosomiasis genannt - zu großen Schäden durch krankes und verendendes Vieh.
Neben der Verwendung von Insektiziden gegen Tsetse-Fliegen werden die Insekten in Fallen gefangen. Als Lockstoffe verwendet man unter anderem Substanzen, die auch im Rinderurin vorkommen und Tsetse-Fliegen anlocken. Über chemische Verfahren werden diese Substanzen (chemisch: 3-Ethyl-Phenol und 3-Propyl-Phenol, kurz 3-EP und 3-PP) aus Erdöl-Derivaten oder zum Beispiel aus Extrakten von Cashew-Nussschalen synthetisiert. Beide Verfahren sind aber aufwändig und für ländliche Gemeinschaften in Afrika nicht praktikabel und zu teuer.
In einem Forschungsprojekt des LOEWE-Schwerpunktes MegaSyn ist es Molekularbiologen der Goethe-Universität jetzt gelungen, 3-EP und 3-PP in gentechnisch veränderter Bierhefe (Saccharomyces cerevisiae) herzustellen. Dabei nutzten sie einen Hefestamm, in dem sie zuvor einen neuen Stoffwechselzweig eingeführt hatten und dessen Zuckerstoffwechsel verändert wurde. Dadurch wurden die Hefen in die Lage versetzt, aus Zucker ähnlich hohe Konzentrationen von 3-EP und 3-PP herzustellen, wie sie in Rinderurin vorkommen.
Doktorandin Julia Hitschler vom Institut für Molekulare Biowissenschaften an der Goethe-Universität erklärt: Unsere Hefen könnten in Afrika idealerweise in Nährlösungen auf der Basis von pflanzlichen Abfallstoffen, Nahrungsmittel- oder Futterresten wachsen. Damit würde eine Produktion der Lockstoffe annähernd kostenfrei möglich. Derzeit suchen wir Partner, mit deren Hilfe wir unsere Hefen vor Ort testen und der Bevölkerung zur Verfügung stellen können."
Das Potenzial der neuen Hefen gehe sogar über die Tsetse-Lockstoffe hinaus, ergänzt Prof. Eckhard Boles, Leiter des Projektes. In Zukunft könnten auch andere Substanzen, die bisher aus Erdöl oder Kohle gewonnen werden, durch die neuen Hefen hergestellt werden: Unsere Hefen könnten zur Erzeugung anderer Alkylphenole als 3-EP und 3-PP weiterentwickelt werden. Solche Alkylphenole könnten zur Produktion von Schmieröladditiven oder oberflächenaktiven Substanzen in Reinigungsmitteln genutzt werden."
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Publikation: Julia Hitschler, Martin Grininger, Eckhard Boles: Substrate promiscuity of polyketide synthase enables production of tsetse fly attractants 3-ethylphenol and 3-propylphenol by engineering precursor supply in yeast. Scientific Reports, https://doi.org/10.1038/s41598-020-66997-5
Informationen:
Prof. Dr. Eckhard Boles
Institut für Molekulare Biowissenschaften
Goethe Universität Frankfurt
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Scientific Reports