Exkursionsbericht (pdf) - GRK 820 - Christian-Albrechts-Universität ...

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Bericht zur
DÄNEMARK - EXKURSION
des GRK 820
Natürliche Antioxidantien -
ihr Wirkungsspektrum in Pflanzen,
Lebensmitteln, Tier und Mensch
15. – 19.09.2003

INHALTSVERZEICHNIS
VORSTELLUNG DES GRK 820: NATÜRLICHE ANTIOXIDANTIEN - IHR WIRKUNGSSPEKTRUM
IN PFLANZEN, LEBENSMITTELN, TIER UND MENSCH 3
VORWORT 4
REISEROUTE DER DÄNEMARK EXKURSION 5
EXKURSIONSPROGRAMM 6
BESUCH DES RESEARCH CENTRE FOULUM DES DANISH INSTITUTE OF AGRICULTURAL
SCIENCES (DIAS) 9
ALLGEMEINE INFORMATIONEN 9
VORSTELLUNG DES DEPARTMENT OF FOOD SCIENCES/ ANIMAL PRODUCT QUALITY 10
MILCHFORSCHUNG MIT FOKUS AUF ANTIOXIDANTIEN 10
PRO- AND ANTIOXIDATIVE ENZYME IN MILCH 10
MODELLSYSTEM MUSKELZELLEN ZUR UNTERSUCHUNG DER UNTERDRÜCKUNG VON ROS 11
VITAMIN E STATUS IN FERKELN VOR UND NACH DEM ABSETZEN 11
CROSSENZ – ENZYMATISCHES CROSS-LINKING VON PROTEINEN 11
MECHANISMEN DES PROTEIN CROSS-LINKINGS 11
LITERATUR 12
BESUCH DER FIRMA ARLA FOODS 13
ALLGEMEINE INFORMATIONEN 13
VORSTELLUNG DES INNOVATION CENTER BRABRAND (ICB) 14
VORSTELLUNG DER BRABRAND MOLKEREI 15
BESUCH DES DEPARTMENT OF HORTICULTURE DES DANISH INSTITUTE OF
AGRICULTURAL SCIENCES (DIAS) IN AARSLEV 17
ALLGEMEINE INFORMATIONEN 17
VORSTELLUNG DER FORSCHUNGSBEREICHE IM RESEARCH CENTER AARSLEV 18
PHYTOCHEMISTRY IN AARSLEV 18
CURRENT RESEARCH OF AGRONOMICAL AND ENVIRONMENTAL CONSTRAINTS TO CROP QUALITY 19
GROWTH CONDITIONS AND HUMAN HEALTH 19
INTRODUCTION INTO RESEARCH PROJECTS ON RESOURCE MINIMISED PLANT GROWTH 19
FÜHRUNG ZU DEN VERSUCHSFELDERN UND DURCH DIE LABORE 20
LITERATUR 21
1

KÖNIGLICHE VETERINÄR- UND LANDWIRTSCHAFTLICHE UNIVERSITÄT (KVL) KOPENHAGEN
22
ALLGEMEINE INFORMATIONEN 22
BESUCH DER ARBEITSGRUPPE VON PROF. DR. HENRIK VIBE SCHELLER AN DER KVL KOPENHAGEN 23
BESUCH DER ARBEITSGRUPPE VON PROF. DR. BARBARA A. HALKIER AN DER KVL KOPENHAGEN 27
BESUCH DER ARBEITSGRUPPE VON PROF. DR. ALEXANDER SCHULZ AN DER KVL KOPENHAGEN 32
BESUCH DER ARBEITSGRUPPE VON PROF. DR. B. L. MÖLLER AN DER KVL KOPENHAGEN 34
BESUCH DER FIRMA DANISCO A/S 37
ALLGEMEINE INFORMATIONEN 37
STRUKTURELLE UND FUNKTIONELLE ANALYSE VON PEKTIN 38
NEUE PRODUKTE AUS STÄRKE - ANHYDROFRUKTOSE-TECHNOLOGIE 38
LITERATUR 39
BESUCH DER FIRMA SANTARIS PHARMA A/S 40
ALLGEMEINE INFORMATIONEN 40
VORSTELLUNG DER ANTISENSE-TECHNOLOGIE 40
FAZIT ÜBER DIE EXKURSION 43
KURZPRÄSENTATION DER PROJEKTE IM GRK 820 45
ANHANG FOTOS 52
2

Vorstellung des GRK 820: Natürliche Antioxidantien - ihr Wirkungsspektrum in
Pflanzen, Lebensmitteln, Tier und Mensch
Sprecherin: Dr. Karin Krupinska
Botanisches Institut
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Olshausenstrasse 40
24098 Kiel
Tel.: (0431) 880 4240
Email: kkrupinska@bot.uni-kiel.de
Förderbeginn: Oktober 2002
Förderbetrag 2002: 62416 EUR
Beteiligte Hochschullehrer:
Bilger, Wolfgang
Hansen, Ulf-Peter
Jung, Christian
Krupinska, Karin
Müller, Manfred James
Sattelmacher, Burkhard
Schreiber, Stefan
Schulz-Friedrich, Rüdiger
Schwarz, Karin
Wolffram, Siegfried
Beteiligte Fachrichtungen:
Biochemie, Botanik, Humanernährung, Lebensmitteltechnologie, Medizin,
Molekularbiologie, Ökophysiologie, Pflanzenernährung, Pflanzenphysiologie,
Pflanzenzüchtung, Tierernährung, Zellbiologie
3

Vorwort
Im Rahmen des Studienprogramms der GRK820 wurde eine Exkursion nach Dänemark durchgeführt.
Das Ziel der Exkursion war, bereits bestehende Kontakte einzelner Dozenten des GRK zu
Wissenschaftlern in Forschungsinstituten, Hochschulen und Firmen weiter auszubauen. Durch die
Exkursion nach Dänemark haben die Doktoranden und Postdoktoranden Einblick in ein breites
Spektrum von Forschungsaktivitäten mit Bezug zur Thematik des GRK820 erhalten.
Vor Ort haben sie wertvolle Informationen für die eigenen Arbeiten erhalten und Kontakte zum
späteren Austausch von Methoden geknüpft. Durch Besuch der Firmen Arla-Food, Danisco A/S und
Santaris Pharma erhielten die Doktoranden und Postdoktorandinnen darüber hinaus Einblick in die
Forschungsaktivitäten von einerseits zwei großen Unternehmen im Lebensmittelbereich sowie
andererseits eines kleineren jungen Unternehmens im Pharmabereich. Durch die Besuche dieser
Firmen haben die Doktoranden des GRK wichtige Anregungen für ihre spätere berufliche Orientierung
erhalten. Nicht zuletzt hatte die Exkursion auch eine soziale Komponente. Bowling in Viborg und Caraoke
im Tivoli werden alle so schnell nicht vergessen.
Frau Prof. Schwarz organisierte den Besuch des „Danish Institute of Agricultural Sciences“ (DIAS) am
Forschungszentrum in Foulum sowie der Firma Arla-Food in Braband bei Århus. Erste Beziehungen
zum DIAS in Foulum wurden anläßlich einer Einladung von Frau Schwarz zur Tagung über
„Antioxidantien und Oxidation“ in 2000 geknüpft. Die Einladung zu einem Besuch des
Graduiertenkollegs in Foulum erfolgte durch Dr. Jacob Nielsen. Herr Prof. Bilger nutzte seine
wissenschaftlichen Kontakte zu Dr. Kirsten Brand und ermöglichte uns den Besuch des DIAS
Forschungszentrums in Aarslev auf Fünen. An den beiden letzten Tagen der Exkursion wurden
verschiedene Stationen in und um Kopenhagen besucht. Die Organisation dieses Exkursionsteils
erfolgte durch die Sprecherin des GRK820, Frau Prof. Krupinska, die zwei Jahre in Kopenhagen als
Postdoktorandin tätig war und seither Kontakte zu den besuchten Kollegen der KVL und
Wissenschaftlern in den Firmen Danisco A/S und Santaris Pharma pflegt.
Die Exkursion war in jeder Hinsicht ein Erfolg. Mittlerweile haben einige der besuchten Wissenschaftler
aus Dänemark im Rahmen des GRK-Gastwissenschaftlerprogramms auch Kiel besucht und
stehen mit einzelnen Gruppen des GRK im wissenschaftlichen Austausch.
Alle Doktoranden und Postdoktoranden haben am vorliegenden Bericht über die besuchten Stationen
und die dort vorgestellten Projekte mitgewirkt. Eine Arbeitsgruppe, die aus Gabriele Randel, Andreas
Till, Anne Hoffmann, Stefanie Lesser und Sabine Milde bestand, hat schließlich mit viel Engagement
dieses Buch aus den Protokollen zusammengestellt.
gez. W. Bilger, K. Schwarz, K. Krupinska
4

Reiseroute der Dänemark Exkursion:
5

Exkursionsprogramm
Montag,
15.09.
Abreise:
8.00 h
ca. 12.00 h
12.45 h
13.05 h
13.30 h
13.50 h
14.10 h
14.30 h
15.15 h
15.55 h
17.15 h
Dienstag,
16.09.
10.00-
12.00 h
12.00-
16.00 h
16.30–
18.00
Mittwoch,
17.09.
Exkursionsstation Ansprechpartner
Danish Institute of Agricultural
Sciences (DIAS)
Research Centre Foulum
Mittagessen im DIAS Foulum
Introduction of Dept. of Food
Science
Introduction of research, CAU
Milk research with focus on
oxidation
Pro- and antioxidative enzymes in
milk
Model system of fused musclecells
for studying suppression of
reactive oxygen species
Vitamin E status in piglets before
and after weaning
Crossenz-Enzymatic cross-linking
of proteins
Elucidating mechanisms in protein
cross-linking
Research facilities tour
Fa. Arla-Food
Innovation Center
Visit to Århus
Brabrand Diary
Danish Institute of Agricultural
Sciences (DIAS)
Henrik
Andersen
Karin Schwarz
Jacob Nielsen
Jan Stagsted
Jette Young
Charlotte
Lauridsen
Jens Nording
Charlotte
Steffensen
Connie Benfeldt
Agnete Poulsen
Adresse/Kontakt
6
Blichers Allé
DK-8830 Tjele
www.agrsci.dk/koerselsvejl/foulu
m_uk.shtml
Henrik.Andersen@agrsci.dk
JakobH.Nielsen@agrsci.dk
Jan.Stagsted@agrsci.dk
Charlotte.Lauridsen@agrsci.dk
Jens.Nording@agrsci.dk
Charlotte.L.Steffensen@agrsci.d
k
Rordrumvej 2
DK-8220 Brabrand /Århus
www.arlafoods.com
Kirstinebjergvej 10
DK-5792 Aarslev/Odense

9.00 h
9.45 h
10.15 h
11.00 h
11.30 h
13.00 h
13.45 h
Donnerstag,
18.09.
9.00 h
10.30 h
11.30 h
13.00 h
14.00 h
14.25 h
15.15 h
15.40 h
15.55 h
Freitag,
19.09.
Research Centre Aarslev
Introduction into research themes
at Arslev
Introduction of research, CAU
Phytochemistry in Arslev
Current research of agronomical
and environmental constraints to
crop quality
Growth conditions and human
health
Tour of the greenhouses and
introduction into research projects
on resource minimised plant
growth
Laborführung
KVL, Department of Biology
Visit to working group of H.V.
Scheller
Visit to working group of B.A.
Halkier
Visit to working group of A. Schulz
Fa. Danisco A/S
Mittagessen bei Fa. Danisco
Introductions to Danisco
Structural and functional analysis
of pectins
New pathways – novel products
LAB. TOUR Euracyotic Expression
Lab.
Robotic lab.
Kirsten Brand
Karin Krupinska
Lars. P.
Christensen
Bernd
Wollenweber
(DIAS,
Flakkebjerg)
Kirsten Brandt
Eva Rosenqvist
Kirsten Brandt
Henrik Vibe
Scheller
Barbara Halkier
Alexander
Schulz
Susan Madrid
Tove
Christensen
Shukun Yu
Susan Madrid
KVL, Department of Biology s.o.
www.agrsci.dk/pvf/index_uk.sht
ml
Kirsten.Brandt@agrsci.dk
LarsP.Christensen@agrsci.dk
Bernd.Wollenweber@agrsci.dk
Eva.Rosenqvist@agrsci.dk
Thorvaldsensvej 40
1871 Frederiksberg C/
Kopenhagen
www.kvl.dk
hvs@kvl.dk
bah@kvl.dk
als@kvl.dk
Langenbrogade 1
DK-1101 Kopenhagen
www.danisco..com
Susan.madrid@danisco.com
G7sy@danisco.com
7

10.00 –
12.00 h
12.30 h
14.00 –
16.00 h
ab ca. 16.00
h
Rückfahrt
Visit to working group of B.
Lindberg Moeller
Mittagessen in der KVL
Fa. Santaris Pharma A/S
Birger Lindberg
Moeller
Margit
Wissenbach
blm@kvl.dk
Bøge Allé 3
DK- 2970 Hørsholm
www.santaris.com
mhw@santaris.com
8

Besuch des Research Centre Foulum des Danish Institute of Agricultural Sciences
(DIAS)
Berichterstatter: Nicolle Bader und Stephanie Lesser
Allgemeine Informationen
Das DIAS ist ein Forschungsinstitut des dänischen Ministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und
Fischerei. Es ist eine Institution der dänischen Regierung mit Forschungsaktivitäten in Zentren in
Foulum, Bygholm, Aarslev und Flakkeberg, vier experimentellen Stationen sowie dem Department of
Variety Testing in Tystofte. Zwei weitere Forschungsgruppen arbeiten an der Königlichen
Tierärztlichen und Landwirtschaftlichen Universität (KVL) in Kopenhagen. Das DIAS verfügt über
modernste Labore und experimentelle Einrichtungen wie z.B. Ställe, Gewächshäuser und semi-field
Anlagen. Dazu gehört eine Fläche von ca. 1300 ha für Forschung, Experimente und Futterproduktion.
Im DIAS arbeiten etwa 1125 Mitarbeiter, davon ca. 375 Wissenschaftler, verteilt auf die verschiedenen
Zentren und Einrichtungen. Der jährliche Umsatz des DIAS beläuft sich auf 557 Mio. DKK, wovon 332
Mio. DKK operationales Einkommen und 225 Mio. DKK Fördermittel des Landes sind. Das DIAS wird
von einem Ausschuss des Ministeriums geleitet, der aus 16 Mitgliedern besteht, die einschlägige
externe Forschung, industrielle Nutzer der Forschung und Angestellte der Institution repräsentieren.
Abb. 1: Organigramm DIAS
9

Programm des Besuchs
Vorstellung des Department of Food Sciences/ Animal Product Quality H.J. Andersen
Vorstellung des Graduiertenkollegs 820, CAU K. Schwarz
Milchforschung mit Fokus auf Antioxidantien J. Nielsen
Pro- and antioxidative Enzyme in Milch J. Stagsted
Modellsystem von Muskelzellen zur Untersuchung der Unterdrückung von ROS J. Young
Vitamin E Status in Ferkeln vor und nach dem Absetzen C. Lauridsen
CROSSENZ – Enzymatisches Cross-linking von Proteinen J. Nording
Mechanismen des Protein cross-linking
Führung durch Ställe und Labore
C. Steffensen
Vorstellung des Department of Food Sciences/ Animal Product Quality
Henrik J. Andersen; Head of Department of Animal Product Quality,
Die Forschung am Research Centre Foulum soll Antwort auf Marktnachfragen von Konsumen-ten
und/oder der verarbeitenden Industrie liefern. Die Vision ist es, Teil eines „Network of Excellence“ zu
sein, das eine Basis für ganzheitliche Lösungen in der Nahrungsmittel-produktion zugunsten von
Verbrauchern, Produzenten, Industrie und der internationalen Gemeinschaft bereitstellt. Ausbildung
wird auf höchstem Niveau angeboten. Das Depart-ment of Animal Product Quality ist im
infrastrukturellen Netzwerk in Foulum zentral zu allen Einrichtungen gelegen.
Ausgewählte Forschungsprojekte:
Milchforschung mit Fokus auf Antioxidantien
Jacob H. Nielsen; Head of Research Group Oxidation and Aroma Development in Animal Products
Forschungsgebiete sind die Oxidation, Proteolyse und Lipolyse von Milch.
Das Fettsäuremuster der Milch ist im hohen Maße mit Stabilität und Geschmack verknüpft.
Verschiedene Sorten von Silage (z. B. Grass oder Mais) im Milchviehfutter haben einen Einfluss auf
das Fettsäuremuster und auf den Gehalt an fettlöslichen Vitaminen sowie auf den Geschmack der
Milch. Antioxidantien in der Milch, u.a. Harnsäure, unterdrücken licht-induzierte Oxidation.
Pro- and antioxidative Enzyme in Milch
Jan Stagsted; Senior Scientist Oxidation and Aroma Development in Animal Products
Forschungsgebiete sind die Charakterisierung der Proteinoxidation, hervorgerufen durch freie
Radikale, Carbonyle und Peroxide und die immunchemische Detektion von Carbonylen spezifischer
Proteine.
Milch enthält einige enzymatisch und nichtenzymatisch prooxidativ wirkende Substanzen, wie z.B.
Xanthinoxidase, Lactoperoxidase, Sulfhydryloxidase, Eisen und Kupfer. Die Folgeprodukte oxidativer
Reaktionen sind Hydroxyperoxide, Carbonyle, n-Hexanal und freie Radikale. Zur Milch zugegebenes
Glutathion wird schnell oxidiert, entweder spontan oder durch die Sulfhydryloxidase. Aktivität der
Glutathionperoxidase konnte in Milch nicht nachgewiesen werden .
10

Modellsystem Muskelzellen zur Untersuchung der Unterdrückung von ROS
Jette F. Young; Scientist Oxidation and Aroma Development in Animal Products
Mit hypotonem Puffer gestresste myotubuläre Zellen (C2C12) produzieren ROS. Verschiedene
Antioxidantien können dem System zugesetzt werden. Die Zugabe des hypotonen Puffers ruft ein
Anschwellen der Zellen hervor, Dehnungsrezeptoren werden aktiviert und eine Volumen-reduktion
eingeleitet. Dabei entsteht ein Efflux der Aminosäure Taurin. Der Efflux von Taurin ist ein Maß für die
oxidative Zellschädigung.
Ergebnis: 1. Efflux wird durch Antioxidantien zeit- und konzentrationsabhängig verringert, 2. Trolox
und Tocopherol wirken effizienter als BHT, 3. Polyphenole, besonders Quercetin, sind zeit- und
konzentrationsabhängig wirkungsvolle Inhibitoren von Taurin Efflux. C2C12 Zellen können als Modell
zum Screenen von Komponenten/Mixturen zum Quenchen oder Unterdrücken von ROS-Produktion in
Muskelgewebe eingesetzt werden.
Vitamin E Status in Ferkeln vor und nach dem Absetzen
Charlotte Lauridsen; Senior Scientist Metabolism, Growth and Lactation
Vitamin E defiziente Schweine können Lebernekrose, Muskeldystrophie, oder die Maulbeerherzkrankheit
entwickeln und leiden unter vermindertem Wachstum und verzögerter Entwick-lung.
Neugeborene Ferkel haben geringe Vitamin E Speicher. Vitamin E wird unverestert durch die
Muttermilch weitergegeben. Im Ferkelfutter ist Vitamin E als Acetat zugesetzt, da es in dieser Form
am lagerfähigsten ist. Die Carboxylesterhydrolase (CEH) im Darm des Ferkels ist beim Absetzen noch
nicht voll aktiv, daher sind Ferkel in diesem Zeitraum unzureichend mit Vitamin E versorgt. Die
Bioverfügbarkeit von Vitamin E als Alkohol ist höher als die des Acetats. Die Biopotenz von
natürlichem RRR-alpha-Tocopherol ist doppelt so hoch wie die des synthetischen all-rac-alpha-
Tocopherols.
CROSSENZ – Enzymatisches Cross-linking von Proteinen
Jens A. Nording; Scientist Oxidation and Aroma Development in Animal Products
Es ist ein langer Weg von der Suche nach neuen cross-linking Enzymen bis zur industriellen
Anwendung. Zunächst bedarf es dem Verständnis der Mechanismen und deren Auswirkun-gen auf die
Rheologie. Dafür werden Modellenzyme (z. B. Transglutaminase, Laccase, Peroxidase, Tyrosinase)
und Substrate wie Casein, Molkenprotein, Albumin, Gluten, Eiprotein und Sojaprotein verwendet.
Verschiedene Screeningmethoden und Activity assays werden dann an Testpflanzen, Pilzen und
Bakterien durchgeführt, um neue Enzyme zu finden. Wenn ein neues Protein gefunden wurde, wird es
in großem Umfang produziert. In verschiedenen Produkten werden dann die Eigenschaften und die
Verwendbarkeit in der Lebensmittelin-dustrie analysiert.
Mechanismen des Protein cross-linkings
Charlotte Steffensen; Oxidation and Aroma Development in Animal Products
Das Forschungsprojekt beschäftigt sich mit enzymkatalysierter Proteinoxidation, unter beson-derer
Betrachtung von Peroxidasen (inkl. Myeloperoxidase) und Enzymen, die zu Protein cross-linking
führen. Die Myeloperoxidase führt zur Bildung von chlorierten Amino-säurederivaten. Die
Arbeitsgruppe benutzt zur Bestimmung der Reaktionsmechanismen von Proteinen und Peptiden von
der Radikalbildung bis zum endgültigen Oxidationsprodukt electron spin resonance (ESR) und matrixassisted
laser desorption ionisation (MALDI-TOF). Mit diesen Methoden ist es möglich, die pro- und
antioxidativen Eigenschaften von Proteinradikalen und die Eignung oxidativ modifizierter Proteine als
funktionellen Inhaltsstoff herauszustellen.
11

Literatur
Lauridsen, C., Engel, H., Craig, A.M. & Traber, M.G. (2002): Relative bioavailability of dietary RRRand
all-rac-alpha-tocopheryl acetates in swine assessed using deuterium-labeled vitamin E. Journal of
Animal Science 80, 702-707
Lauridsen, C., Engel. H., Jensen, S.K., Craig, A.M. & Traber, M.G. (2002): Lactating sows and
suckling piglets preferentially incorporate RRR- over All-rac-alfa-Tocopherol into milk, plasma and
tissues. Journal of Nutrition 132, 1258-1264
Lauridsen, C., Hedemann, M.S. & Jensen, S.K. (2001): Hydrolysis of tocopherol and retinyl esters by
porcine carboxyl ester hydrolase is affected by their carboxylate and bile acids. Journal of Nutritional
Biochemistry 12, 219-224
Nielsen, J.H. (2003): Primary production factors as tools for optimization of milk quality. Book of
Abstracts of the 54th Annual Meeting of European Association for Animal Production, No. 9, 104
Ørtenblad, N., Young, J.F., Oksbjerg, N., Nielsen, J.H. & Lambert, I.H. (2003): Reactive oxygen
species are important mediators of taurine release from skeletal muscle cells. American Journal of
Physiology. Cell Physiology. 284, C1362-C1373
Steffensen, C.L., Andersen, H.J. & Nielsen, J.H. (2002): Aldehyde-induced xanthine oxidase activity in
raw milk. J. Agric. Food Chem. 50 (25), 7392-7395
12

Besuch der Firma Arla Foods
Berichterstatter: Gabriele Randel und Verena Alexa Ohm
Allgemeine Informationen
Das Unternehmen Arla Foods ist im Frühjahr 2000 durch den Zusammenschluss des dänischen
Unternehmens MD Foods mit der schwedischen Arla-Gruppe entstanden. Arla Foods ist eine
Genossenschaft von ca. 13650 Milcherzeugern (7100 dänische und 6500 schwedische Eigner). Mit
einer jährlichen Milcherfassung von 7,1 Mio. kg ist Arla Foods Europas größter Milchkonzern. Der
Jahresumsatz von über 5,1 Mio. € (2001/2002) verteilt sich zur einen Hälfte auf den dänischen und
schwedischen Markt, zur anderen Hälfte auf andere europäische und außer-europäische Länder
(siehe Abbildung 2).
Die größte Produktgruppe stellt Trinkmilch dar (siehe Abbildung 3), womit hauptsächlich der dänische
und schwedische Markt beliefert wird. Die zweit größte Produktgruppe ist Käse, der weltweit unter
einer Vielzahl von Marken produziert und verkauft wird (in Deutschland u. a. BUKO, ESROM,
FINELLO, DANABEL). Zu den Pulverprodukten gehören neben Milch- und Käsepulver verschiedene
isolierte Milchbestandteile (u. a. Milch- und Molkenproteine, Hydrolysate, Laktose), die als
Zusatzstoffe an die Lebensmittelindustrie verkauft werden. Milchfettprodukte werden unter der Marke
LURPAK verkauft, die bereits seit 100 Jahren das Flaggschiff des dänischen Exports darstellt.
Um satza nteile nach Absatzm ä rkten
Restliches
Europa
9%
Mittlerer
Osten
6%
Deutsc hlan
d
8%
Asien
3%
Großbritani
en
18%
Restliche
Welt
6%
Schw eden
26%
Dänem ark
24%
Abb. 2: Arla Foods Umsatzanteile nach Absatzmärkten im Geschäftsjahr 2001/2002
Um satza nteile nach Produktgruppen
Butter und
Misc hfette
13%
Pulverprodukte
14%
Käse
27%
Andere
6%
Trinkm ilch
40%
Abb. 3: Arla Foods Umsatzanteile nach Produktgruppen im Geschäftsjahr 2001/2002
13

Programm des Besuchs
Vorstellung des Innovation Center Brabrand Conny Benfeldt
Vorstellung der Brabrand Dairy Agnete Poulsen
Vorstellung des Innovation Center Brabrand (ICB)
Arla Foods entwickelt jährlich über 200 neue Produkte. Hierfür werden etwa 0,6 % des Jahresumsatzes
investiert und über 200 Mitarbeiter sind im Bereich der Produktentwicklung beschäftigt.
Durch Frau Benfeldt wurde uns zunächst eine theoretische Einführung in die Forschungsbereiche und
–aktivitäten des ICB gegeben. Anschließend wurden wir durch die einzelnen Abteilungen des ICB
geführt. Anhand ausgewählter analytischer Techniken und Geräte konnten wir einen Einblick in die
Forschungspraxis des ICB bekommen und hatten die Gelegenheit, mit den Mitarbeitern in Diskussion
zu treten. Im folgenden werden die Abteilungen des ICB vorgestellt und die von uns gesammelten
Informationen zusammen-gefasst.
a) Culture Technology
Diese Abteilung widmet sich der Qualitätssicherung und der Problembewältigung bei der Kultivierung
und Reifung von Starterkulturen. Der Schwerpunkt liegt auf der Charakterisierung von Mischkulturen,
der Erfassung ihrer Einsatzmöglichkeiten und ihrer Auswirkungen auf Produkteigenschaften.
b) Microbiology
In der Abteilung “Microbiology“ erfolgt die Qualitätskontrolle der Identität von Starterkulturen sowie der
Kulturen in den fermentierten Produkten durch genetische Screening-Methoden. Zu den
Untersuchungsparametern gehören u. a. die probiotischen Eigenschaften und das
Wachstumsverhalten der relevanten Mikroorganismen.
c) Protein Chemistry and Functionality
In dieser Abteilung liegt der Fokus auf den Proteineigenschaften z. B. während der Käse-reifung
(Proteinabbau, Enzymaktivität) oder der Butterherstellung (Streichfähigkeit, Emulsions-stabilität). Ein
wichtiger Punkt dabei ist die Untersuchung der Mikrostruktur fermentierter Produkte beeinflusst u. a.
durch die Fett-Eiweiß-Verteilung. Des weiteren werden prozess-induzierte Veränderungen wie die
Maillard-Reaktion sowie die Stabilität von Emulsionen näher charakterisiert.
d) Sensory and Aroma Chemistry
Untersucht werden in dieser Abteilung u. a. Verarbeitungs- und Lagerstabilität verschiedener Produkte
unter Berücksichtigung der Stabilität von Aromen und der Entwicklung von Off-Flavour. Ein
Schwerpunkt stellt dabei die sensorische Evaluierung von Geschmack, Textur, Farbe und Geruch der
Produkte dar. Ein Beispiel für die Entwicklung von Off-Flavour ist die Fettranzigkeit, die durch
Oxidation ungesättigter Fettsäuren entsteht. In manchen Milch-produkten werden pflanzliche Öle
eingesetzt – zum einen aus Kostengründen, zum anderen zur Steigerung des
ernährungsphysiologischen Wertes infolge der Erhöhung des Anteils ungesättigter Fettsäuren.
Die umfangreichen Daten aus sensorischen und analytischen Untersuchungen werden in Form von
Online-Datenbanken erfasst und verwaltet. In dieser Form dienen sie allen Produktionsstätten von
Arla Foods zur Prozessoptimierung und zur Entwicklung neuer Produktionsmethoden.
e) Packaging
Verpackungen schützen Lebensmittel vor Qualitätsveränderungen, die durch Licht- oder
Lufteinwirkungen bzw. mikrobiellem Befall verursacht werden. In dieser Abteilung werden die
Verpackungen im Hinblick auf diese Veränderungen optimiert. Dazu gehört z. B. eine modifizierte
Atmosphäre zur Abtrennung des Sauerstoffs und zur Wachstumshemmung schädlicher
Mikroorganismen, Entwicklung von bioaktiven Verpackungen sowie eine automatische Kontrolle der
Dichtigkeit von Verpackungen.
14

Vorstellung der Brabrand Molkerei
Die Brabrand Molkerei liegt im Außenbezirk von Århus, der zweitgrößten Stadt Dänemarks. Brabrand
wurde 1978 als spezielle Molkerei für länger haltbare Molkereiprodukte wie Kakao, Milchshakes,
Pudding und Produkte aus fermentierter Milch eröffnet. Seitdem die Produktion der länger haltbaren
Milchprodukte nach Esbjerg transferiert wurde, beherbergt Brabrand die Hauptproduktionsstätte für
Fermentationsprodukte in Dänemark. Dort werden ca. 80 % aller in Dänemark hergestellten
fermentierten Produkte produziert. Der einheimische dänische Markt macht den größten Teil des
Verkaufs von Joghurt, Crème Fraîche und ähnlicher Produkte aus. Die 220 Mitarbeiter der Molkerei
produzieren jährlich 69 Millionen Liter fertiger Produkte.
Abb. 4: Luftaufnahme der Brabrand Molkerei in (Århus)
In den letzten zehn Jahren ist die Produktpalette fermentierter Molkereiprodukte stark gestiegen. Die
Produkte “Cultura“, “Gaio“ und die Fett reduzierten “Cheasy“-Produkte kamen zu den traditionellen
Quarkspeisen dazu. Kürzlich wurde auch die Produktion von “MiniMeal“, “Yoggi Yalla“ und “Bob the
Builder“ aufgenommen. Insgesamt sind 29 verschiedene Basisprodukte in einer Vielzahl von Kartons
und Bechern in bis zu 97 unterschiedlichen Fruchtsorten erhältlich. Es werden in Brabrand mehr als
200 Produkttypen in Behältern von 50 g bis 1 kg produziert. Die Produktionsbereiche umfassen
Fermentation, zwei unter-schiedliche Abpackungsanlagen, den Kühlbereich und eine
Produktionsanlage zur Herstellung von Verpackungen.
Die Einführung in die Produktpalette und eine Führung durch die Produktionsanlagen der Brabrand
Molkerei erfolgte durch Frau Poulsen. Im folgenden werden die Produktgruppen näher vorgestellt:
a) “Kløver“
- ein Joghurt mit 3,5 % Fett-Anteil, der in einer großen Vielfalt von Geschmacksrichtungen produziert
wird. Wichtig bei der Produktion hierbei ist das Abnehmerland. So ist der Geschmack für Erdbeere in
den unterschiedlichen Ländern verschieden, z. B. gibt es 110 Typen Erdbeeraroma, die für die
Produktion eingesetzt werden.
b) “Gaio“
Die Herstellung erfolgt durch Fermentation von Milch mit B. causido, d. h. es entsteht eine Art Kefir.
Dieser verringert aufgrund seines Anteils an pflanzlichen Fetten und aufgrund der enthaltenen
Kulturen den Cholesterinspiegel. Durch die sehr exotisch anmutende Verpackung und die ebenso
exotischen Geschmacksrichtungen soll dieses Produkt speziell die männliche Käuferschicht
ansprechen. Eine gesundheitsbezogene Werbung für die Wirkung von “Gaio“ ist in Dänemark rechtlich
nicht erlaubt, dennoch wird von Ärzten und Krankenhäusern der Konsum propagiert.
15

c) „Cultura“
Ein Joghurt, der wegen seiner L. acidophilus- und B. bifidus- Kulturen die Motilität des Magens
anregen und so auf das Gesundheitsbewusstsein der Frauen zielen soll. Zusätzlich eingesetzte
Pflanzenfasern unterstützen den Gesundheitseffekt. In der Werbung wird dieses Produkt besonders
klar und rein, d. h. als besonders gesund dargestellt. Eine Darreichungsform in kleinen Portionen
unterstützt den Eindruck der Frische.
d) Bioprodukte
Hierzu gehören die fermentierten Milchprodukte, die aus biologisch produzierter Milch hergestellt
wurden. In Dänemark ist der Markt für Bioprodukte sehr stark, so sind ein Drittel aller verkaufter
Milchprodukte und 15 % des Gemüses aus biologischem Anbau. Zusätzlich sind alle Bioprodukte der
Brabrand Molkerei auch “Low-Fat“-Produkte. Die neuste Entwicklung in diesem Bereich sind die
sogenannten “Smoothies“. Das sind Produkte aus fermentierter Milch mit einem hohen Anteil an
Frucht.
16

Besuch des Department of Horticulture des Danish Institute of Agricultural Sciences
(DIAS) in Aarslev
Berichterstatter: Jessica Lied und Andreas Till
Allgemeine Informationen
Das Danish Institute of Agricultural Sciences (DIAS) im Research Centre Aarslev beschäftigt sich mit
der Qualitätsprüfung bei Zier- und Nutzpflanzen. Hierbei interessiert besonders der Unterschied
zwischen konventionellem und ökologischem Anbau.
Das Institut umfasst fünf Forschungsrichtungen:
- Obstbaumkunde
- Zierpflanzenkunde
- Vermehrung und Züchtung
- Gemüse
- Lebensmittelkunde und Naturproduktchemie
Im DIAS sind zur Zeit 40 Wissenschaftler und 60 Technische Assistenten beschäftigt. Das Institut
beschäftigt sich hauptsächlich mit Forschung und nur in geringem Maße mit Lehre. Die Finanzierung
der Projekte erfolgt zu 1/3 durch den Staat und zu 2/3 durch Drittmittel.
Die Forschungsgruppe für pflanzliche Lebensmittelkunde, der Herr Dr. Christensen angehört,
beschäftigt sich mit Inhaltsstoffen und deren Einfluss auf die Lebensmittelqualität in Bezug auf
Geschmack, Struktur, Farbe und gesundheitliche Aspekte, wobei der letzte Punkt eine Brücke zu den
Arzneipflanzen bildet.
Im Forschungsbereich „Crop Ecology and Product Quality“ beschäftigt sich die Gruppe von Herrn Dr.
Wollenweber unter anderem mit Ertragsbildung, Düngung, Nährstoffphysiologie, Endophyten im Gras
und Saatproduktion.
Programm des Besuchs
Vorstellung der Forschungsbereiche im Research Centre Aarslev Kirsten Brandt
Vortrag: „Phytochemistry in Aarslev“
Vortrag: „Current research of agronomical and environmental
Lars P. Christensen
constraints to crop quality „ Bernd Wollenweber
Vortrag: „Growth conditions and human health“
Vortrag: „Introduction into research projects on
Kirsten Brandt
resource minimised plant growth“ Eva Rosenqvist
17

Vorstellung der Forschungsbereiche im Research Center Aarslev
Dr. Kirsten Brandt, Senior Scientist
Frau Brandt ist Senior Scientist am Dept. of Horticulture/DIAS und beschäftigt sich mit der Genetik und
Physiologie von pflanzlichen Sekundärmetaboliten. Sie ist besonders interessiert an
Verteidigungsmechanismen von Pflanzen, z. B. Akkumulation von Flavonoiden und Antho-cyaninen
als Reaktion auf UVB-Strahlung und Pathogenbefall.
Exemplarisch wurden von ihr zwei Projekte vorgestellt:
- Einfluss von Hoch- und Niedrigzufuhr von Phosphor auf die Pathogenanfälligkeit von
Tagetes
- EU-Projekt zum Einfluss der Pflanzendüngung auf die Zusammensetzung der
Sekundärstoffe und damit auf die ernährungsphysiologische Wirkung
Phytochemistry in Aarslev
Lars P. Christensen
Department of Food Science
Um Früchte und essbare Pflanzenteile auf ihre Gesundheitsförderung zu selektieren, muss der
entsprechende Wirkstoff identifiziert und charakterisiert werden. Dabei ist darauf zu achten, dass die
Substanz nicht toxisch ist und die in vitro-Konzentrationen den Konzentrationen in vivo entsprechen.
Am Beispiel eines antiinflammatorischen Galaktolipids aus der Hagebutte von Rosa Canina wurden
die Schritte zur Isolierung und Identifizierung eines Pflanzeninhaltstoffes aufgezeigt. Das Pulver dieser
Hagebutte hat einen positiven Effekt auf den gesundheitlichen Status von Rheumapatienten. Durch
Extraktion in verschiedenen Lösungsmitteln und weiteren Aufreini-gungsschritten konnte durch
Überprüfung im Bioassay (Inhibierung der Chemotaxis neutro-philer Granulocyten) das Galaktolipid
identifiziert werden. Der hohe Anteil an Vitamin C der Hagebutten ist für die Stabilität der
Wirksubstanz durch den Schutz vor Oxidation essentiell.
18

Current research of agronomical and environmental constraints to crop quality
Dr. B. Wollenweber
Department of Plant Biology,
Research group „Crop Ecology and Product Quality“
DIAS – Research Centre Flakkebjerg
Die Forschungsarbeiten wurden durch drei Beispiele vorgestellt:
Ammoniak als Stickstoffquelle: Überprüfung der Aufnahmemöglichkeit anhand von Ver-suchen mit
radioaktiv markiertem Stickstoff zeigten, dass Luftammoniak als N-Quelle dienen kann. Es wird in C3-
Pflanzen als Alanin und in C4-Pflanzen in Form von Asparagin eingebaut.
Überprüfung des Einflusses von Einzel- und Mehrfachhitzeschocks auf die Pflanze: Die Untersuchungen
zeigen, das jeweils die einzelnen Hitzeschocks für die Pflanzen problematisch sind.
Additive Effekte sind nicht zu beobachten.
Ausgleich der durch Reduktion der N-Düngung entstandenen Ernteverluste: Der Ertrag kann durch
zeitliche Teilung der Stickstoffgaben erhöht werden. Die Mengenverteilung der zwei Düngungen
beeinflusst das Protein/Kohlenhydratverhältnis der Pflanzen.
Growth conditions and human health
Kirsten Brandt
Pflanzen produzieren Sekundärstoffe, die Einfluss auf die Gesundheit des Menschen haben. In
diesem Teilprojekt soll untersucht werden, welchen Einfluss Anbaumethoden auf die Produktion von
Sekundärstoffen haben und inwieweit somit die Produktion relevanter Stoffe beeinflussbar ist. Hieraus
ergibt sich eine enge Zusammenarbeit mit dem Centre for Danish Herbal Medicine (CDP).
Introduction into research projects on resource minimised plant growth
Eva Rosenqvist
In den Gewächshäusern des Instituts werden hauptsächlich Zierpflanzen aber auch Gemüse-pflanzen
kultiviert. Im Gegensatz zu herkömmlichen Gewächshäusern, bei denen ein konstan-tes, optimales
Klima aufrechterhalten wird, kommt in Aarslev ein spezielles Klimasystem, das sog. „IntelliGrow“ zum
Einsatz. Basierend auf Daten über Photosyntheseraten wird hierbei mit Hilfe eines
computergestützten Systems die Gewächshaustemperatur in Abhängigkeit von der
Sonneneinstrahlung reguliert.
19

Abb. 5: Logo des IntelliGrow Gewächshauses
Bei gutem Wetter wärmt die Klimakontrolle bis zur niedrigsten Temperatur, bei der 80 % Co2-Fixierung
möglich sind, die Sonne liefert dann zusätzliche kostenlose Energie. Bei schlechten
Wetterbedingungen kann die teilweise eingesparte Energie zum Erwärmen genutzt werden. Mit
diesem System können bis zu 15 % Heizkosten im Vergleich zu herkömmlichen Klima-kontrollen
eingespart werden.
Führung zu den Versuchsfeldern und durch die Labore
In Feldversuchen soll die Optimierung der Nährstoffnutzung für den ökologischen Landbau untersucht
werden. Es konnte gezeigt werden, dass ein abwechselnder Anbau von Flach- und Tiefwurzlern zu
einer wesentlich effektiveren und nachhaltigeren Bodennutzung führten.
In Aarslev werden natürliche Mutanten von Karotten angebaut, die sich durch Einlagerung
unterschiedlicher Sekundärstoffe (Xanthophyll, ß-Carotin und Lycopin) unterscheiden. Diese Sorten
lassen sich aufgrund ihrer Färbung (orange, gelb, rot) einwandfrei unterscheiden, die Evaluierung der
unterschiedlichen Inhaltsstoffe findet in den institutseigenen Laboren statt. Hier sind verschiedene
Forschungsmöglichkeiten und Geräte zur Untersuchung der Pflanzen-inhaltsstoffe vorhanden, wie
z. B. eine HPLC-Anlage zur Untersuchung der Flavonoid-zusammensetzung.
Abb. 6: Natürliche Mutanten von Karotten
Des weiteren werden Sensoriktests durchgeführt. Hierbei sind die einzelnen Plätze abgetrennt, so
dass die Probanden voneinander isoliert sind. Die Tests werden kurz vor der „normalen“
Mittagessenszeit durchgeführt, da ausreichend Appetit vorhanden sein muss. Es besteht die
Möglichkeit, durch Rotfilter optische Unterschiede der zu untersuchenden Nahrungsmittel zu
kaschieren. Die Probanden müssen speziell geschult werden, da die geschmacklichen Unterschiede
nicht einfach als „gut“ oder „schlecht“ bezeichnet werden können, sondern eine feine Abstufung der
Geschmacksnuancen erwünscht ist.
20

Literatur
Aaslyng, J.M., Lund, J.B., Ehler, N., Rosenqvist, E. (2003): „IntelliGrow: a greenhouse componentbased
climate control system”. Environmental Modelling & Software 18: 657-666
Andreasen, M.F., Christensen, L.P., Meyer, A.S. and Hansen, Å. (1999): Release of hydroxy-cinnamic
and hydroxybenzoic acids in rye by commercial plant cell wall degrading enzyme preparations. Journal
of the Science of Food and Agriculture 79. In press
Norbaek, R., Aaboer, D.B.F., Bleeg, I.S., Christensen, B.T., Kondo, T. and Brandt, K. (2003). “Flavone
C-Glycoside, Phenolic Acid, and Nitrogen Contents in Leaves of Barley Subject to Organic Fertilization
Treatments”. J. Agric. Food Chem, Vol. 51, 809-813
Nørbæk, R., Brandt, K. & Kondo, T. (2000): Identification of flavone C-glycosides including a new
flavonoid chromophore from barley leaves (Hordeum vulgare L.) by improved NMR techniques. J.
Agric. Food Chem. 48(5), 1703-1707.
Nørbæk, R., Christensen, L. P., Bojesen, G. & Brandt, K. (1996). Anthocyanins in Chilean species of
Alstroemeria. Phytochemistry 42(1), 97–100.
Rosenqvist E (2001).“Light acclimation maintains the redox state of PSII electron acceptor QA within
a narrow range over a broad range of light intensities”. Photosynthesis Research 70: 299-310.
21

Königliche Veterinär- und Landwirtschaftliche Universität (KVL) Kopenhagen
Allgemeine Informationen
Die KVL (dänisch: Kgl. Veterinaer og Landbohöjskole) wurde 1856 gegründet und befindet sich in
Frederiksberg in Kopenhagen.
Sie ist die einzige veterinärwissenschaftliche und landwirtschaftliche Universität in Dänemark und
betreibt sowohl Grundlagen- als auch angewandte Forschung im Bereich Naturwissen-schaften,
Tiermedizin, Zoologie, Umweltwissenschaft, Agrarwissenschaft, Gartenbau, Land-schaftsarchitektur,
Landschaftsökologie, Forstwirtschaft, Lebensmittelkunde und Humanernährung.
Als staatliche Universität ist sie dem Ministerium für Wissenschaft, Technologie und Innovation
untergeordnet und wird vom Rektor, dem Universitätsdirektor und dem Senat (Konsistorium) regiert.
Sie bietet Bachelor-, Diplom- und Doktoranden-Programme an.
Insgesamt sind 3500 Studenten an der KVL eingeschrieben, ausländische Studenten und 350
Doktoranden eingeschlossen. Die KVL hat 1000 festangestellte Mitarbeiter, darunter mehr als 500
Akademiker und 250 Mitarbeiter in befristeter Anstellung.
Der 14,5 Hektar große Campus schließt Tierkliniken, Gewächshäuser, Forschungslaboratorien und
die „Dänische tiermedizinische und agrarwissenschaftliche Bibliothek“ mit ein. Außerdem gehören zur
KVL ein Arboretum (Baumgarten) und drei Forschungs-Farmen 20 km außerhalb des Campus. Diese
Anlagen spielen eine wichtige Rolle in der Ausbildung, sie ermöglichen Praktika und Feldversuche.
Rektor: Per Holten-Andersen
Pro-Rektor Forschung: Vibeke Dantzer
Pro-Rektor Lehre: Flemming Frandsen
Programm des Besuchs
Photosynthese und Photoinhibition in höheren Pflanzen H. V. Scheller
Struktur, Evolution, Biosynthese, Funktion und Transport von Glukosinolaten B. A. Halkier
Pflanzenphysiologie und Anatomie
Biosynthese und Funktion von cyanogenen Glukosiden
A. Schulz
in höheren Pflanzen B. Lindberg Moeller
22

Besuch der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Henrik Vibe Scheller an der KVL Kopenhagen
Berichterstatter: Anne Hoffmann und Karena Sprick
Henrik Vibe Scheller ist Research Professor im Pflanzenbiochemielabor
des Instituts für Pflanzenbiologie der KVL in
Kopenhagen. Das Labor für Pflanzenbiochemie umfasst 55
Mitarbeiter in sechs Arbeitsgruppen. Die Gruppe um Herrn Scheller
beschäftigt sich mit der Photosynthese und Photoinhibition in
höheren Pflanzen.
Ablauf des Besuchs
Herr Prof. Scheller und seine Kollegin Anna Haldrup informierten in Vorträgen über aktuelle
Ergebnisse Ihrer Forschung zum Aufbau des Photosyntheseapparates.
Die photochemischen Reaktionen der Photosynthese finden in den Thylakoidmembranen der
Chloroplasten statt, und werden von zwei Photosystemen (PS), PSI und PSII, vermittelt, die den nichtzyklischen
Elektronentransport über die Thylakoidmembran katalysieren. Die Arbeits-gruppe hat das
PSI als einen photochemisch aktiven Pigmentprotein-komplex aus 18 verschiedenen Untereinheiten
isoliert. 14 von ihnen (als PSI-A bis PSI-O bezeichnet) machen den Chlorophyll-a-haltigen Kern aus,
der zusätzlich die für die Elektronentransferreaktion verantwortlichen Co-Faktoren enthält. Die
restlichen vier Untereinheiten stellen den peripheren Antennenkomplex LHCI dar, die ebenfalls
Chlorophyll a und b enthalten. Die Untereinheiten werden auch als Lichtsammelkomplexe, engl. lightharvesting-complex
(Lhca-1 bis -4) bezeichnet (Abb. 7).
Abb. 7: Darstellung der Anordnung der
Untereinheiten von PSI.
Fd = Ferredoxin,
FNR = Ferredoxin:NADP(+)-
Reduktase, Pc
= Plastocyanin
(Quelle:http://www.plbio.kvl.dk/plbio/p
hotosyn.htm)
So konnte das PSI umfangreich charakterisiert und die Bindungsstellen verschiedener Proteine am
LHCI identifiziert werden. Es wurde fest-gestellt, dass das LHCI nur auf einer Seite vom PSI-Komplex
zufinden ist und nicht den ganzen Komplex umgibt (Abb. 8).
23

Abb. 8: Anordnung des LHCI um den PSI-Komplex.
(Quelle: http://www.plbio.kvl.dk/plbio/photosyn.htm)
Nachfolgend ein kurze Zusammenfassung der wichtigsten Ergebnisse der letzten Jahre
1997: - Photoinhibition von PSI in Gerste bei niedrigen Temperaturen.
1998: - PSI-N ist an der Bindung von Plastocyanin beteiligt. (Plastocyanin vermittelt
die Elektronenübertragung zwischen dem Cytochrom b6/f-Komplex und dem
Reaktionszentrum P700 im PSI.
1998: - Transgene Pflanzen ohne PSI-N wurden identifiziert und charakterisiert.
1998: - Transgene Pflanzen ohne PSI-H wurden charakterisiert; PSI-H ist wichtig
für die PSI Stabilität.
1998: - Durch Photoinhibition von PSI werden PSI-A und PSI-B degradiert.
1999: - PSI-F ist essentiell für photoautotrophes Wachstum.
1999: - Freiland-Gerste leidet unter Photoinhibition.
2000: - PSI-L stabilisiert PSI-H.
2000: - PSI-H ist essentiell für die “state transition” (Abb.3).
2000: - PSI-F ist wichtig für effiziente Oxidation bzw. die Regeneration von
Plastocyanin und für den Energietransfer vom LHCI-730.
2000: - PSI-K ist an der Stabilisierung von LHCI beteiligt.
2001: - PSI-O wurde als neue Untereinheit im eukaryotischen PSI identifiziert.
2001: - PSI-G vermindert die PSI-Aktivität.
(Quelle: http://www.plbio.kvl.dk/plbio/photosyn.htm)
24

25
Abb. 9:
Energieverteilung zwischen PSII und PSI:
Pflanzen können sich an verschiedene
Lichtzusammensetzungen anpassen, in dem
sie Komponenten des Lichtsammelsystems
am PSII (LHCII) zwischen PSI und PSII über
eine reversible Phosphorylierung lateral
verlagern. Solche Transfers sind bekannt als
„state transitions“. Das Protein PSI-H kann
Komponenten des LHCII binden. Solche
Adaptationen sind wichtig um eine optimale
Ausnutzung der Lichtenergie zu
gewährleisten. Mit Hilfe der state transition
können beide PS gleich gut von der
absorbierten Strahlung profitieren und die
von ihnen angetrie-benen Reaktionsabläufe
sind optimal aufeinander abgestimmt.
(Quelle: www.adm.kvl.dk/english/research
/annualreport2000/ plbio2000uk.pdf)
Zu allen am PSI beteiligten Proteinen stehen Arabidopsis thaliana-Mutanten zur Verfügung, so dass
eine Analyse der Bedeutung der einzelnen Proteine für die Photosynthese und in der Photoinhibition
möglich ist. Beispielsweise konnte gezeigt werden, dass das Protein PSI-H essentiell für die
statetransition (Abb.3) ist, PSI-F für photoautotrophes Wachstum maßgeblich verantwortlich ist, und
PSI-D mit der Menge an PSI korreliert.
Literatur
A. Haldrup, C. Lunde and H.V. Scheller (2003): Arabidopsis thaliana Plants Lacking the PSI-D Subunit
of Photosystem I Suffer Severe Photoinhibition, Have Unstable Photosystem I Complexes, and Altered
Redox Homeostasis in the Chloroplast Stroma. J. Biol. Chem. 278: 33276-33283
A. Haldrup, H.V. Scheller, B.L. Møller and C. Girnth-Diamba (2003) : Forskningsbaseret undervisning
på Landbohøjskolen - bioteknologi i højsædet. Naturens Verden 7/8: 16-21
C. Lunde, P.E. Jensen, L. Rosgaard, A. Haldrup, M. Gilpin and H.V. Scheller (2003): Plants impaired
in state transitions can to a large degree compensate for their defect. Plant Cell Physiology 44: 44-54
H.V. Scheller (2003): Genteknologi og planteproduktion. Tidsskrift for Landøkonomi 1: 16-24
J.A. Ihalainen, M. Rätsep, P.E. Jensen, H.V. Scheller, R. Croce, R. Bassi, J.E.I. Korppi-Tommola and
A. Freiberg (2003): Red Spectral Forms of Chlorophylls in Green Plant PSI - A Site-Selective and
High-Pressure Spectroscopy Study. J. Physical Chem. 107: 9086-9093
K.J. Nunan and H.V. Scheller (2003): Pectin biosynthesis: Solubilization of an arabinan
arabinosyltransferase activity from mung bean hypocotyls. Plant Physiology 132: 331-342
L.E.M. Fernández, N. Obel, H.V. Scheller and P. Roepstorff (2003): Characterization of plant
oligosaccharides by MALDI and electrospray mass spectrometry.J. Mass Spec. 38: 427-437
M.G. Palmgren and H.V. Scheller (2003): Grøn er vårens hæk. Kaskelot 140: 6-8
N. Obel, A. Porchia and H.V Scheller (2003): Intracellular feruloylation of arabinoxylan in wheat:
evidence for feruloyl-glucose as precursor. Planta 216: 620-629
P.E. Jensen, A. Haldrup, L. Rosgaard and H.V. Scheller (2003): Molecular dissection of photosystem I
in higher plants: topology, structure and function. Physiologia Plantarum 119: 313-321

P.U. Bolvig, M. Pauly, C. Orfila, H.V. Scheller and K. Schnorr (2003): Sequence analysis and
characterisation of a novel pectin acetyl esterase from Bacillus subtilis. pp. 315-330 In: Advances in
Pectins and Pectinases Research (H.A. Schols, J. Benen, A. Voragen, eds.), Kluwer Academic
Publishers, The Netherlands.
S. Tottey, M.A. Block, M. Allen, T. Westergren, C. Albrieux, H.V. Scheller, S. Merchant and P.E.
Jensen (2003): Arabidopsis CHL27, located in both envelope and thylakoid membranes, is required for
the synthesis of protochlorophyllide. Proceedings of the National Academy of Sciences 100: 16119-
16124
26

Besuch der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Barbara A. Halkier an der KVL Kopenhagen
Berichterstatter: Sabine Milde
Die Arbeitsgruppe von Frau Prof. Halkier gehört zum Labor für
Pflanzenbiochemie in der Abteilung Pflanzenbiologie im Zentrum
für molekulare Pflanzenphysiologie der KVL in Kopenhagen. Sie
bearbeiten die Struktur, Evolution, Biosynthese, Funktion und
Transport von Glukosinolaten (Senfölglykosiden)
Glucosinolate sind natürliche Pflanzenstoffe, die nur in der Ordnung Capparales (Raps, Broccoli,
diverse Gemüse- und Kohlarten sowie die Modellpflanze Arabidopsis thaliana) und im Genus
Drypetes der Euphorbiales gebildet werden. Zur Zeit sind mehr als 120 verschie-dene Glucosinolate
bekannt. Alle Glucosinolate haben eine gemeinsame Grundstruktur. Sie bestehen aus einem
sogenannten sulfonierten Aldoxim mit einer β-D-Thioglukose und einer variablen Seitenkette (R)
und sind je nach Art der Aminosäure aliphatisch, aromatisch oder indolisch.
Das Aldoxim wird durch eine Cytochrom P450 Mono-Oxigenase aus verschiedenen Amino-säuren
gebildet:
- aliphatische Aminosäüren (M, A, V, L, I) bilden aliphatische Glucosinolate
- aromatische Aminosäuren (T, P) bilden aromatische Glucosinolate
- Tryptophan bildet Indol-Glucosinolate
R S
Die Biosynthese verläuft in drei Schritten:
1. Kettenverlängerungen der Core-Aminosäure um einige Methylengruppen, wenn es sich um
Methionin oder Phenylalanin handelt (Abb. 10)
2. Umbau der Vorläufer-Aminosäure zum Eltern-Glucosinolat (Oxim-Reaktion)
3. sekundäre Modifikation des Eltern-Glucosinolats (Seitenkette:Thiol-Oxidation, Desaturierung,
Hydroxylierung, Veresterung; Glukose: Veresterung)
׀
N
Glucose
O SO3
27

Abb. 10: Kettenverlängerung der Core-Aminosäure am Beispiel Methionin
(aus Wittstock und Halkier 2002)
Abb. 11: Das Glucosinolat-Myrosinase-System (aus Wittstock und Halkier 2002)
28

Die Hauptfunktion der Glucosinolate ist ihre Beteiligung am Verteidigungssystem der Pflanze gegen
Fraß, dem Glucosinolat-Myrosinase-System (Abb. 11). Glucosinolate befinden sich im Gewebe
nahezu aller Pflanzenorgane, die Myrosinase jedoch ist in speziellen Myrosin-Zellen lokalisiert. Bei
Beschädigung des Gewebes kommen Glucosinolat und Myrosinase in Kontakt und die Glukose des
Glucosinolats wird abgespalten (Hydrolyse), es entstehen instabile Aglykone. Die Aglykone
reorganisieren sich zu einer Reihe biologisch aktiver und manchmal toxischer Substanzen,
typischerweise Isothiocynate und Nitrile.
Die Natur der Hydrolyse-Produkte (Abb. 12) hängt hauptsächlich von der Glucosinolat-Seiten-kette ab,
aber auch von der Pflanzenart und den Reaktionsbedingungen wie dem pH-Wert. Die Hydrolyse-
Produkte sind für den charakteristischen Geschmack der Pflanzen verantwort-lich und haben
unterschiedliche biologische Effekte, z.B. antimikrobiell, krebsprotektiv und entzündungshemmend,
unbekömmlich und/oder giftig.
Abb. 12: Einige aliphatische Glucosinolate mit modifizierten Seitenketten und ihre Hydrolyseprodukte
(aus Wittstock und Halkier 2002)
Die Arbeitsgruppe von Frau Prof. Halkier beschäftigt sich seit 1994 mit der Aufklärung des
Biosynthesewegs und damit verbunden mit der Evolution der großen Anzahl an Glucosino-laten, der
Schaffung solcher Varianz und der Verwandtschaft der verschiedenenen Substan-zen untereinander.
Dabei ist die Funktion der Cytochrom P450 Mono-Oxigenasen, die die Aldoxim-Synthese und dessen
Weiterreaktion katalysieren, von essentieller Bedeutung. Die Varianz der Produkte hängt grundsätzlich
von der Substratspezifität des Enzyms ab. Als die in der Glucosinolat-Biosynthese wirkenden
Cytochrom P450 Mono-Oxigenasen sind von Frau Prof. Halkier die Gruppen CYP79 und CYP83
identifiziert worden. Diese sind hintereinander geschaltet: CYP79 katalysiert die Reaktion zum
Aldoxim und CYP83 die weitere Reaktion zum Nitriloxid-Zwischenprodukt (siehe Abb. 13).
29

Abb. 13: Die Glucosinolat-Biosynthese (aus Wittstock und Halkier 2002)
Die Substratspezifität wurde von Frau Prof. Halkier für einige Cytochrom P450 Mono-Oxigenasen
bereits bestimmt (Wittstock und Halkier 2002):
CYP79F1, CYP79F2 � Methionin-Aldoxime � CYP83A1 � Glucosinolate
CYP79A2 � Phenylalanin � CYP83B1 � Glucosinolate
CYP79B2, CYP79B3 � Tryptophan � CYP83B1 � Glucosinolate
CYP79C1, CYP79C2 � bisher noch nicht bestimmt
30

Die Cytochrom P450 Mono-Oxigenasen setzen während ihres Katalyseprozesses H2O2 frei. Durch
diese Eigenschaft sind sie als ROS-Produzenten grundsätzlich auch für unser Graduiertenkolleg von
Interesse. Es sollten jedoch einzelne, die sich durch Ihre Lokalisation oder funktionelle Nähe zu
gezielten Fragestellungen des Graduiertenkollegs anbieten, ausgewählt werden. Einige sind
beispielsweise an Biosyntheseschritten von Flavonoiden beteiligt (z.B. die Ferulat-5-Hydroxylase),
deren Induktion durch Kältestress von der AG Bilger im Graduiertenkolleg untersucht werden. Zudem
hat die Arbeitsgruppe von Frau Prof. Halkier auf dem Gebiet der Genexpressionsanalysen für
Cytochrom P450 Mono-Oxigenasen bereits Erfahrungen im Nachweis durch Northern-Blots gesammelt
und konnte uns Hinweise über die Stressinduktion der von ihr untersuchten Cytochrom P450 Mono-
Oxigenasen geben (s.u.). Zwei Cytochrom P450 Mono-Oxigenasen, die in der Arbeitsgruppe von Frau
Prof. Halkier kloniert worden und vorhanden sind, sind für das Graduiertenkolleg interessant:
1.: CYP79B2, dessen Expression durch oxidativen Stress (Silber-Nitrat) induzierbar ist (persönliche
Mitteilung) und 2.: CYP92A2, dessen Expression in den selben Blattrandgeweben gefunden wird, in
denen auch die Phenylalanin-Ammoniak-Lyase exprimiert wird (persönliche Mitteilung). Im zweiten
Fall zeigt sich eine Überlappung mit dem Interessengebiet der AG Bilger. Es wäre interessant, zu
untersuchen, ob die Expressionen der beiden Gene unter Stressbedingungen korrelieren, denn
interessanterweise ist in einer Expressionsstudie von Bae et al. (2003) gefunden worden, dass
Kältestress die Expression von zwei Myrosinase-binden-den und einem Myrosinase-assoziierten
Protein 2,5-fach hochreguliert. Dadurch ist uns ein Hinweis gegeben, dass das Glucosinolat-
Myrosinase-System durch Kältestress stimuliert wird und möglicherweise auch die Glucosinolat
Biosynthese durch Kälte erhöht werden könnte. Dies wiederum könnte für Frau Prof. Halkier von
Interesse sein. Eine Kooperation mit Frau Prof. Halkier zur Untersuchung der Funktionsweisen von
speziellen Cytochrom P450 Mono-Oxige-nasen würde dem Graduiertenkolleg vor allem im Hinblick auf
den Austausch von DNA von Cytochrom P450 Mono-Oxigenase-Genen dienlich sein, die in Kiel im
Postdoktoranden-Projekt „Genexpressionsprofile in Abhängigkeit vom Antioxidantienmuster in
Pflanzen“ für den Aufbau des Antioxidantien-Chips verwendet werden können.
Literatur
zum vorliegenden Text :
Bae, M. S. et al. (2003), The Plant Journal, 36, 652-663.
Wittstock, U. und Halkier, B.A. (2002) Trends in Plant Science, 7, 263-270.
Publikationen der Gruppe Halkier 2003:
M.D. Mikkelsen and B.A. Halkier (2003): Metabolic engineering of valine- and isoleucine-derived
glucosinolates in Arabidopsis expression CYP79D2 from Cassava. Plant Physiology 131:773-779
M.D. Mikkelsen, B.L. Petersen, E. Glawischnig, A.B. Jensen, E. Andreasson and B.A. Halkier
(2003): Modulation of CYP79 Genes and Glucosinolate Profiles in Arabidopsis by Defense Signaling
Pathways. Plant Physiology 131: 298-308
P. Naur, C.H. Hansen, S. Bak, B.G. Hansen, N.B. Nielsen, H.L. Nielsen and B.A. Halkier
(2003): CYP79B1 from sinapis alba converts tryptophan to indole-3-acetaldoxime. Archives of
Biochemistry and Biophysics 409: 235-241
S. Chen, E. Glawischnig, K. Jørgensen, P. Naur, B. Jørgensen, C.E. Olsen, C.H. Hansen, H.
Rasmussen, J. Pickett and B.A. Halkier (2003): CYP79F1 and CYP79F2 Have Distinct Functions in
the Biosynthesis of Aliphatic Glucosinolates in Arabidopsis. The Plant Journal 33: 923-937 (2003)
31

Besuch der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Alexander Schulz an der KVL Kopenhagen
Berichterstatter: Christine Desel
Schwerpunkt der Arbeitsgruppe Pflanzenphysiologie und
Anatomie sind die für Wachstum und Entwicklung einer
Pflanze notwendigen Kommunikationsmechanismen innerhalb
des Symplasten des Pflanzenkörpers. Als Boten-substanzen
dienen Zucker, Proteine und Nukleinsäuren, die von Zelle zu
Zelle oder über lange Distanzen via Plasmodesmen und
Siebröhrenzellen innerhalb des Phloems transportiert werden.
Der Transport der Signal-substanzen wird intra- und
interzellulär reguliert.
Von besonderem Interesse sind die Zell-Zell-Verbindungen zwischen den Parenchymzellen des
Blattgewebes (source) und den kleinen Blattadern. Diese Plasmodesmen bilden den check-point für
den Transport der Assimilate in den Pflanzenkörper (sink). Ziel der Arbeiten ist es, die physiologischen
Parameter, die die Transportrate über die Plasmodesmen bestimmen, zu charakterisieren.
Da präparative Eingriffe, wie beispielsweise Mikroinjektion oder Schneiden, den Transport über die
Plasmodesmen stark verändern, erfolgen die Untersuchungen zur Durchlässigkeit der Plasmodesmen
ohne direkten Eingriff in das Zellsystem mit Hilfe mikroskopischer Techniken (bioimaging). Die
Ausbreitung von fluoreszierenden Markersubstanzen im Zellsystem wird bei variierenden
physiologischen Bedingungen und unter Verwendung der konfokalen Mikroskopie (CLSM: confocal
laser scanning microscopy) visuell analysiert. Durch elektronenmikroskopische Verfahren sollen
weiterhin substrukturelle Veränderungen dargestellt werden. Herr Prof. Schulz verfügt über langjährige
Erfahrungen in der Aufklärung von subzellulären Strukturen mittels Elektronen- und
Fluoreszenzmikroskopie. Sein Team beherrscht ein weit gefächertes know-how in Bioimaging –
Verfahren.
Ablauf des Besuchs
Unser Besuch in der Forschergruppe Pflanzenphysiologie und Anatomie begann mit einer Einführung
in Ziele und Arbeitsschwerpunkte durch Herrn Prof. Schulz. In einem vorbereiteten Präparat konnten
wir Exkursionsteilnehmer/innen anschließend die Detektion einer Zell-Zell-Verbindung
(Plasmodesmata) im Blattgewebe am CLSM mitverfolgen. Besonders interessant war der Einsatz
eines Zweiphotonen-Lasers, der eine Anregung der Indikatorsubstanz durch langwellige d.h.
energiearme Strahlung erlaubt. Der Zweiphotonen-Laser ermöglicht Unter-suchungen ohne hohen
Energieeintrag in das Zellsystem. Die Verwendung eines Zweiphoto-nen-Laser vermindert die
Invasivität des Analyseverfahrens und vermeidet Artefakte.
Die anschließende Diskussion mit Herrn Prof. Schulz führte zu vielfältige Anregungen für die im
Graduiertenkolleg 820 durchgeführten mikroskopischen Analysen. Insbesondere wurde die Detektion
von fluoreszierenden Markersubstanzen, deren Anregungswellenlängen im kurz-welligen
Strahlungsbereich liegen, und die bei einer Betrachtung im Epifluoreszenzmikroskop eine erhöhte
Bildung von ROS (reaktiven Sauerstoffspezies) in der Zelle induzieren, erörtert. Die visuelle Analyse
einer Wirkung von Antioxidantien ist daher nur ein-geschränkt möglich. Durch den Einsatz eines
Zweiphotonen-Lasers würde die Beobachtung oxidativer Prozesse mittels Bioimaging-Verfahren
optimiert werden können. Auch wurde über die Möglichkeit einer gleichmäßigen Verteilung der
Indikatorsubstanz in das zu unter-suchende Gewebe gesprochen. Herr Prof. Schulz konnte wertvolle
Tipps für Infiltrations- und Injektionsverfahren weitergeben, die mittlerweile in den eigenen Arbeiten
erfolgreich umgesetzt wurden. Weiterhin verfügt Herr Prof. Schulz über Erfahrungen in Ratio-
Messungen. Die häufig gestellte Frage, ob eine Intensitätssteigerung der Markersubstanz tatsächlich
auf eine erhöhte ROS-Entwicklung, d. h. durch eine verstärkte Reaktion des Indikators mit ROS
verursacht wird, oder ob die Intensität durch eine Akkumulation des Indikators beeinflusst wird, könnte
32

durch Ratio-Verfahren überprüft werden. Herr Prof. Schulz bot seine Hilfe und die Möglichkeit eines
weiteren Erfahrungsaustausches an.
Literatur
Christensen, N.M., Dörr, I., Hansen, M., van der Kooij, T.A.W., Schulz, A.: Development of Cuscuta
species on a partial incompatible host. Induction of xylem transfer cells. Protoplasma, in press
Jensen, D.F., Schulz, A.: Exploitation of GFP-technology with filamentous fungi. In: Handbook of
Fungal Biotechnology (second edition) Arora DK et al. eds. Marcel Dekker, New York, in press
Reinders, A., Schulze, W., Kühn, C., Barker, L., Schulz, A., Ward, J.M., Frommer, W.B. (2002):
Protein-protein interactions betwe.en sucrose transporters of different affinities colocalized in the same
enucleate sieve element. Plant Cell 14:1567-1577
Jahn, T.P., Schulz, A., Taipalensuu, J., Palmgren, M.G. (2002): Post-translational modification of plant
plasma membrane H+-ATPase as a requirement for functional complementation of a yeast transport
mutant. J. Biol. Chem. 277: 6353-6358
33

Besuch der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. B. L. Möller an der KVL Kopenhagen
Berichterstatter: Mario Brosch
Die Arbeitsgruppe von Herrn Prof. Möller gehört zum Labor für
Pflanzenbiochemie in der Abteilung Pflanzenbiologie im Zentrum
für molekulare Pflanzenphysiologie der KVL in Kopenhagen.
Sie bearbeiten folgende Themen:
- Indol-Alkaloide in afrikanischen Heilpflanzen
- Lysin-Metabolismus in höheren Pflanzen
- Die Netzfleckenkrankheit des Weizens und die
-
beteiligten Pilzgifte
Struktur, Funktion und Zusammenbau von Photosystem I
- In vivo Produktion von funktional modifizierter Stärke
- Hauptprojekt ist die Biosynthese und Funktion von cyanogenen Glukosiden in höheren
Pflanzen
Ablauf des Besuchs
Herr Prof. Möller informierte in zwei Vorträgen 1. über den Einsatz transgener Pflanzen als zukünftiger
Rohstoff und 2. über die Biosynthese cyanogener Glykoside und deren Funktion als Schutz der
Pflanze vor Herbivoren.
1. Einsatz transgener Pflanzen als zukünftiger Rohstoff
Bei der heutigen Entwicklung der Weltbevölkerung und dem damit steigenden Nahrungs-bedarf
müssen in den nächsten 50 Jahren genau so viele Nahrungsmittel produziert werden wie in den
letzten 10.000 Jahren produziert wurden. Durch das Wachsen der Bevölkerung und dem dadurch
entstehenden Bedarf an Siedlungsraum werden zudem die Ressourcen für die
Nahrungsmittelproduktion knapp. Der aus dieser Situation resultierenden drohenden Hungersnot kann
nur durch Züchtung effizienterer Nutzpflanzen entgangen werden. Die Gentechnik wäre in Gegensatz
zur klassischen Züchtung in der Lage in der kurzen verbleibenden Zeit solche Pflanzen zur Verfügung
zu stellen.
Zudem ist man mit Hilfe der Gentechnik in der Lage Pflanzen zu erzeugen, die eine erhöhte Resistenz
gegenüber Pathogenen und Stress, wie Hitze und Trockenheit, besitzen. Diese Pflanzen könnten an
Standorten angebaut werden, die der Agrartechnik momentan verschlossen sind. Zudem kann die
Anzahl wichtiger Nutzpflanzen erhöht werden, da man in der Lage ist Gene auszuschalten, die einige
Pflanzen im Moment noch giftig bzw. ungenießbar machen. Weiterhin kann durch den Einsatz der
Gentechnik die Qualität der Nahrung durch Erhöhung des Vitamin- bzw. Mineraliengehalts verbessert
werden.
Über die Verbesserung der Pflanzen in Hinblick auf Standortverträglichkeit oder Nahrungsmittelqualität
hinaus können zudem die Kosten der Nahrungsmittelproduktion verringert werden. Durch
transgene Ansätze ist es möglich Pflanzen zu erzeugen, die sich selbst nach der Ernte prozessieren.
Dies wird erreicht, indem man Enzyme in Chloroplasten einlagert, die nach dem Tod der Pflanze und
der damit einhergehenden Degradation der Chloroplasten freigesetzt werden, und z.B. die Zellwand
angreifen können. Als weiteren Vorteil der Gen-technik gegenüber der klassischen Züchtung zeigt sich
die sehr viel schnellere Entwicklung von Pflanzen, die an gegebene Bedingungen angepasst sind. Bei
den heutigen Anbauplänen werden Pflanzen in einem Rhythmus von 4 Jahren angebaut. Bei diesem
Rhythmus können keine Resistenzen gegen Pathogene gezüchtet werden, was zur Folge hat, dass
Herbizide entwickelt werden müssen. Die Herbizidentwicklung ist allerdings 3mal so kostenintensiv
wie die Entwicklung resistenter Pflanzen.
34

Berücksichtige man, dass ein Steak von 200 g ungefähr 0,2 g DNA enthält und ein erwachsener
Mensch zusätzlich 700 km bakterielle DNA durch Verschlucken und Atmen aufnimmt, summiert sich
die tägliche Aufnahme von DNA auf eine Gesamtlänge von 20 Millionen Kilometern, was etwa einer
Trillion Gene entspricht. Die Aufnahme eines weiteren Gens aus einer transgenen Pflanze würde
dabei nicht weiter ins Gewicht fallen, da die durch die Nahrung aufgenommene DNA komplett verdaut
wird und es dadurch zu keinen gesundheitlichen Schäden käme.
2. Cyanogene Glykoside
Cyanogene Glykoside sind in mehr als 200 Pflanzenarten einschließlich Farnen, Dikotylen und
Monokotylen vertreten und dienen den Pflanzen als Schutz gegen Fraßfeinde. Sie sind Derivate der
Aminosäuren Tyrosin, Phenylalanin, Valin, Isoleucin oder Leucin und akkumu-lieren in den Pflanzen in
hohen Konzentrationen in der Vakuole. Bei Verletzung des Gewebes werden die Glykoside von
Enzymen, die in der intakten Zelle getrennt von ihren Substraten vorliegen, gespalten. Im Verlauf
dieser Reaktion wird das Glykosid zu Glukose, einem Aldehyd oder Keton und Blausäure hydrolysiert.
Die Hirse enthält das cyanogene Glykosid Dhurrin und wurde in der Arbeitsgruppe als Modellsystem
zum Studium der Biosynthese der Glykoside genutzt. Bei diesen Analysen wurden zwei
multifunktionale Cytochrom-P450 (CYP79A1 und CYP71E1), sowie eine lösliche UDPG-Glukosidase
identifiziert. Das CYP79 setzt die Aminosäure Tyrosin in das korrespon-dierende Z-oxim um, und das
CYP71 katalysiert die Reaktion des Z-oxims in ein Cyanohydrin. Das Cyanohydrin wird wiederum von
der löslichen UDPG-Glukosidase in das cyanogene Glykosid Dhurrin umgesetzt. Die Arbeitsgruppe
konnte allerdings keinen der Intermediate dieses Stoffwechselweges aus Pflanzen isolieren.
Mit Hilfe der FRET-Technologie konnte gezeigt werden, dass die beiden Cytochrom-P450 und die
lösliche UDPG-Glukosidase eng miteinander gekoppelt am endoplasmatischen Retikulum vorliegen
und die Intermediate wahrscheinlich direkt von einem Enzym an das andere weitergegeben werden.
In verschiedenen transgenen Ansätzen hat man versucht die cyanogenen Glykoside zu nutzen, um
die Resistenz gegen Parasitenbefall verschiedener Kulturpflanzen zu erhöhen. Dabei zeigte sich, dass
einige Insektenarten sehr sensibel auf das Vorhandensein der Glykoside reagierten, andere Arten
allerdings nicht beeinflusst wurden.
Bei Versuchen mit verschiedenen Varietäten von Gerste, die das natürliche Glykosid Epi-
Heterodendrin in unterschiedlichen Konzentrationen enthalten, zeigte sich, dass der Mehltau zunächst
sensibel auf die Glykoside reagierte. Nach drei Jahren auf einer Varietät mit hoher Konzentration des
Glykosids waren die Pilze allerdings resistent gegen das Gift. Aus diesem Resultat ergibt sich die
Überlegung, ob die cyanogenen Glykoside als Abwehrmittel gegen Herbivore zu verstehen sind, oder
ob sie nicht vielmehr Testsubstanzen der Pflanzen sind. Aufgrund der Tatsache, dass in Arabidopsis
thaliana 37 Gene für Cytochrom P450-Mono-oxigenasen des Typs CYP71 gibt, stellte Prof. Möller die
Hypothese auf, dass die Cytochrome P450 das Labor der Pflanze darstellen. Somit wären die
cyanogenen Glykoside ein Stoffwechselprodukt, das test weise entstanden ist.
35

Literatur
I. Damager, C.E. Olsen, A. Blennow, K. Denyer, B.L. Møller and M.S. Motawia (2003) Chemical
synthesis of methyl 6’-a-maltosyl-a-maltotrioside and its use for investigation of the action of starch
synthase II. Carbohydrate Research 338: 189-197
K.S. Hansen, C. Kristensen, D.B. Tattersall, P.R. Jones, C.E. Olsen, S. Bak and B.L. Møller
(2003): The in vitro substrate regiospecificity of UGT85B1, the cyanohydrin glucosyltransferase from
Sorghum bicolor. Phytochemistry 64: 143-151
M. Morant, S. Bak, B.L. Møller and D. Werck-Reichhart (2003) : Plant cytochromes P450: tools for
pharmacology, plant protection and phytoremediation. Current Opinion in Biotechnology 14: 1-12
S. Bak, K. Forslund, B.L. Møller and B. Jørgensen (2003): Plant-Insect Interactions as a Response to
Metabolic Engineering of Natural Product Syntheis studied by Functional Genomics in Lotus
japonicus. Plant Physiology 131: 844-846
S. Paquette, B.L. Møller and S. Bak (2003): On the origin of family 1 plant glycosyl-transferases.
Phytochemistry 62: 399-413
36

Besuch der Firma Danisco A/S
Berichterstatter: Ninja Backasch
Allgemeine Informationen
Danisco A/S ist der viertgrößte Zuckerproduzent in Europa und weltweit führender Hersteller von
Nahrungs- und Futtermittelzusatzstoffen sowie Süßstoffen. Die Firmengeschichte geht zurück bis ins
Jahr 1872 und 1881, den Gründungsjahren von Danish Sugar und Danish Distillers. Danisco A/S
entstand 1989, der Umsatz lag 2002/2003 bei 2,4 Mrd. Euro.
Zur Zeit beschäftigt die Firma weltweit ca. 8000 Mitarbeiter in 40 Ländern. Der Hauptsitz liegt in
Kopenhagen. Seit 1999 gehören auch deutsche Niederlassungen in Niebüll (Molkerei-Enzyme) und
Quickborn (Aromastoffe) zum Konzern.
Produkte von Danisco A/S sind Emulgatoren, Stabilisatoren, Enzyme (Molkerei, Bäckerei),
Starterkulturen, Aromastoffe, Antioxidantien, Textur-Stoffe, Süßstoffe, funktionelle Systeme,
Spezialfette, antimikrobielle Stoffe und Zucker. Einsatzgebiete der Produkte sind Nahrungs-mittel-,
Kunststoff-, Pharma-, Kosmetik- und Futtermittelindustrie.
Die globale Ausrichtung des Konzerns ermöglicht die Verarbeitung von Rohstoffen direkt am Ort der
Erzeugung. Die Forschung und Entwicklung konzentriert sich in den 14 weltweit verteilten
Forschungs- und Entwicklungszentren. Regionale Anwendungszentren ermöglichen die Weitergabe
der globalen Kompetenz an den Kunden.
Danisco A/S bietet seinen Kunden sowohl im Anwendungs- als auch im Entwicklungsbereich ein
umfangreiches Serviceangebot. Angeboten werden unter anderem Hilfe bei der Rezepturentwicklung,
praktische Kurse zur Anwendung der Produkte, sowie die Entwicklung neuer Anwendungsgebiete und
neuer Produkte bzw. Produktionsprozesse.
Ansprechpartnerin ist Frau Dr. Susan Madrid.
Programm des Besuchs
Vorstellung der Firma Danisco A/S Susan Madrid
Vorstellung des Graduiertenkollegs 820, CAU Karin Krupinska
Strukturelle und funktionelle Analyse von Pektin Tove Christensen
Neue Produkte aus Stärke - Anhydrofruktose-Technologie Shukun Yu
37

Führung durch die Labore
Im Kopenhagener Labor werden durchgeführt
• Gentechnologie, Protein-Expression und Enzym Design
• Herstellung neuer und hochwertiger Produkte aus Stärke
• Stamm-Verbesserung in bezug auf die Fermentation
• Kohlenhydrat-Charakterisierung und Analyse
Vorstellung ausgewählter Forschungsprojekte:
Strukturelle und funktionelle Analyse von Pektin
Tove M. Christensen
Pektin wird vor allem zum Gelieren und zur Stabilisation von Proteinen eingesetzt. Die Eigen-schaften
des Pektins können durch strukturelle Unterschiede stark variieren. Innerhalb des Projekts sollen die
Stuktur-Funktions-Beziehungen des Pektins untersucht werden. Mit Hilfe von pektolytischen Enzymen
mit verschiedenen Schnittstellen sollen sogenannte enzymatische Fingerprints von Pektinen erstellt
werden. Die weitere Identifizierung wird mittels ESI-MS/MS vorgenommen. Das Ziel ist die gezielte
Suche nach neuen Anwendungen für Pektin bzw. der Einsatz effizienterer Pektine in bereits
bestehenden Anwendungen.
Neue Produkte aus Stärke - Anhydrofruktose-Technologie
Shukun Yu
Zusätzlich zu den beiden bekannten Wegen Stärke abzubauen wurde ein dritter Weg ent-deckt. Die
Glucan-Lyase ist die bisher einzige bekannte Lyase, die ein Homopolymer spaltet. Das Enzym wurde
aus Algen und Pilzen isoliert. Zur technischen Produktion wird das Enzym z. B. in Aspergillus niger
exprimiert. Die Lyase-Reaktion liefert das Molekül Anhydro-D-fruktose. Das Produkt selbst ist ein
mäßig süßer natürlicher Zucker, der nahezu kalorienfrei ist. Durch Esterbildung gewinnt man
interessante Produkte mit emulgierenden und antimikrobiellen Eigenschaften. Aus Anhydrofruktose
lassen sich auch Zuckeralkohole wie Anhydrosorbitol und Anhydromannitol gewinnen.
Als erstes Anwendungsbeispiel ist Ascopyrone P zu nennen. Dieser aus Androhydro-fruktose
gewonnene Stoff wirkt beispielsweise in Fruchtsäften effektiv als Antioxidans und wirkt einer
Braunfärbung des Safts entgegen. Bei einer Konzentration von 200-300 ppm wird die Wirkung als
Antioxidans und die Inhibition der Polyphenol-Oxidase bereits erreicht.
38

Literatur
Andersen, S.M., Lundt, I., Marcussen, J., Yu, S. (2002):1,5-Anhydro-D-fructose; a versatile chiral
building block: biochemistry and chemistry. Carbohydr Res. 13; 337(10): 873-90. Review.
Limberg, G., Korner, R., Buchholt, H.C., Christensen, T.M., Roepstorff, P., Mikkelsen, J.D. (2000):
Analysis of different de-esterification mechanisms for pectin by enzymatic finger-printing using
endopectin lyase and endopolygalacturonase II from A. niger. Carbohydr Res. 24; 327(3): 293-307.
Limberg, G., Korner, R., Buchholt, H.C., Christensen, T.M., Roepstorff, P., Mikkelsen, J.D. (2000):
Quantification of the amount of galacturonic acid residues in blocksequences in pectin
homogalacturonan by enzymatic fingerprinting with exo- and endo-polygalac-turonase II from
Aspergillus niger. Carbohydr Res. 24; 327(3): 321-32.
Thomas, L.V., Yu, S., Ingram, R.E., Refdahl, C., Elsser, D., Delves-Broughton, J. (2002): Ascopyrone
P, a novel antibacterial derived from fungi. J Appl Microbiol. 93(4): 697-705.
Yu, S., Bojsen, K., Svensson, B., Marcussen, J. (1999) : Alpha-1,4-glucan lyases producing 1,5anhydro-D-fructose
from starch and glycogen have sequence similarity to alpha-glucosidases. Biochim
Biophys Acta. 17; 1433(1-2): 1-15. Review
Yu, S., Kenne, L., Pedersen, M. (1993): Alpha-1,4-glucan lyase, a new class of starch/glycogen
degrading enzyme. I. Efficient purification and characterization from red seaweeds. Biochim Biophys
Acta. 21; 1156(3): 313-20.
39

Besuch der Firma Santaris Pharma A/S
Berichterstatter: Stefanie Spitzmann
Allgemeine Informationen
Santaris Pharma A/S hat ihren Sitz im Science Park in Hǿrsholm im Norden von Kopenhagen. Der
Science Park liegt im so genannten Medicon Valley, einem Zusammen-schluss von ca. 60 % aller
skandinavischen biotechnologischen und pharmazeutischen Firmen. Das Gebiet des Medicon Valley
liegt zwischen Kopenhagen und Skåne (Schweden) und ist das dritt-größte von Forschung geprägte
Wachstumsgebiet in Europa (www.medioconvalley.com). Angestellte: ca. 30 000, davon 4 000
Akademiker, des weiteren 135 000 Studenten, 26 Unikliniken, 12 Universitäten und fünf Science
Parks.
Santaris Pharma A/S entstand im Frühjahr 2003 aus dem Zusammenschluss der zwei dänischen
Biotechnologie-Firmen Pantheco A/S und Cureon A/S. Santaris Pharma A/S konzentriert ihre
Forschung auf die Entwicklung neuer Medikamente gegen Krebs, die auf der so genannten Antisense-
Technologie basieren. Das Startkapital beläuft sich auf 135 Mio. Dänischer Kronen und ist
ausreichend um den Bedarf für die Aktivitäten der nächsten zwei bis drei Jahre zu decken. In dieser
Zeit sollen erfolgsversprechende Medikamente bis zur klinischen Reife gelangen.
Anzahl der Mitarbeiter: 35
Programm des Besuchs
Vorträge zur angewendeten Technologie Margit Wissenbach und Mitarbeiter
Vorstellung der Antisense-Technologie
Oligonukleotide können durch die spezifische Bindung an DNA und RNA in die Regulation der
Genexpression eingreifen. Durch die Bindung an die entsprechenden mRNAs kommt es zu einer
funktionellen Inhibition der Translation. Durch das entstehende Doppelstrang-molekül wird die
RNAse H aktiviert und schneidet das Molekül, was zu einer Reduktion des mRNA-Levels führt. Ein
wichtiges Anwendungsgebiet der Antisense-Technologie in der Medizin ist die Behandlung von
Krankheiten, die durch die Überexpression eines oder weniger Gene verursacht werden.
Da die Oligonukleotide schnell durch Nucleasen abgebaut werden, besteht ein Interesse an
synthetischen Oligonukleotid-Analoga, die unter physiologischen Bedingungen stabiler sind. Bis zum
heutigen Zeitpunkt sind wenige Antisensemedikamente auf dem Markt. Diese sind DNA-
Phosphothiate, deren Biostabilität durch die Einführung einer Schwefelgruppe erhöht wird: Beispiel
Vitravene von der Firma ISIS und Genasense von Fa. Genta.
Eine weiterentwickelte Generation von synthetischen Antisense-Oligonukleotiden sind PNA (Peptide
Nucleid Acids) und LNA (Locked Nucleic Acid).
40

1)
2)
RNAseH
3)
Ribosom
Oligonukleotid
mRNA
Polypeptidkette
Abb. 15: Wirkmechanismus von Antisense-
Oligonukleotiden
PNA (Peptide Nucleid Acids)
Das Zucker-Phosphat-Rückgrad der DNA wird durch eine Dipeptideinheit ausgetauscht. Das Dipeptid
setzt sich aus Prolin und einer weiteren frei wählbaren Spacer-Aminosäure zusammen, welche
gewünschte Eigenschaften wie Biotin- und Farbstoffmarkierung tragen kann. PNA ahmt die
Eigenschaften von der DNA nach und bindet an komplementäre Nucleotidstränge. Das neutrale
Rückgrad sorgt dabei für eine stärkere und spezifischere Bindung.
Abb. 16
Die Darstellung zeigt den Unterschied im Rückgrad zwischen RNA und dem synthetischen
Oligonukleotid PNA. Auch Gewebe und Zellen die mit anderen Antisense-Medikamenten nicht zu
erreichen sind, sind für PNAs zugänglich. Durch die höhere Stabilität des auf PNA- basierenden
Medikaments ist eine orale Aufnahme ermöglicht.
41
Unter physiologischen Bedingungen binden Ribo-somen
an eine mRNA und vermitteln die Bildung einer
Polypeptidkette (1). Antisense-Oligonukleotide hemmen
die Bildung eines einzelnen Zielproteins. Sie werden in die
Zelle aufgenommen und binden sequenzspezifisch an die
komplementäre Ziel-RNA. Es entsteht ein Doppelstrang
aus Oligonukleotid und der RNA (Heteroduplex) (2). Das
zelleigene Enzym RNAse H erkennt diesen Heteroduplex
und spaltet den RNA-Anteil (3) Das Oligonukleotid wird
dadurch wieder frei, um an eine weitere Ziel-RNA zu
binden. Zusätzlich führt die Hybridisierung des Oligonukleotids
mit der Ziel-RNA zu einer sterischen Hemmung
der Bindung von Ribosomen an die RNA.

LNA (Locked Nucleic Acid)
LNAs wurde 1998 von Imanishi und Wend-gel
entdeckt.
Sie entsprechen einem konformations-fixierten
Analogon der DNA. Die Oligo-nukleotide der
LNAs enthalten ein oder mehrere bizyklische
Ribonukleoside, die am 2´Sauerstoff- mit dem
4´Kohlenstoff-atom über eine Methylgruppe
verbunden sind (siehe Darstellung).
Abb. 17 Darstellung der strukturellen
Unter-schiede zwischen DNA und LNA
LNAs zeigen eine verbesserte Stabilität gegenüber Nucleasen sowie bessere Hybridisierungseigenschaften
(Affinität/ Spezifität) im Vergleich zu natürlicher DNA. Sie können weiter auch als
Substrat für die DNA-Polymerasen dienen und sind kompatibel mit den Techniken für DNA-
Markierung, Immobilisation, Anheftung von Liganden und Reportergruppen.
Cureon A/S erwarb von ISIS die weltweiten Exklusivrechte an LNA für therapeutische Zwecke, wobei
die Rechte sich auf alle Spezies vom Bakterium bis zum Menschen erstrecken. Pantheco hielt die
Patente für die Entwicklung von therapeutischen PNAs für Infektions-krankheiten und Krebs, sowie
Stoffwechsel- und Herz-Kreislauferkrankungen. Beide Patent-rechte gingen auf die neugegründete
Firma Santaris Pharma A/S über.
Ziel ist es, Medikamente gegen Krebserkrankungen zu entwickeln, deren cytotoxische/ cytostatische
Effekte zu einem reduzierten Tumorwachstum führen und so konventionelle Therapien unterstützen.
Die Zielgene (Targets) finden sich unter den Genen, die Zellprolife-ration und Apoptose beeinflussen.
Mögliche Targets dabei sind z.B. PKC-α, Bcl 2, c-raf-kinase, c-myc, H-ras, TGFβ und NFκB.
Der Weg zur Entwicklung eines Medikamentes gliedert sich dabei in drei Phasen:
1) Entdeckungsphase: Experimente in vitro und in vivo; Selektion des Kandidaten
2) Präklinische Phase: pharmakologische und toxikologische Untersuchungen;
Ermittlung der Dosis, Toxizität, Applikationsform, etc.
3) Klinische Phase
Für die In vitro-Experimente stehen Santaris Pharma A/S 65 verschiedene humane Zelllinien zur
Verfügung. Zu den Standardmethoden gehören neben Transfektionen, RNA- Extraktion, real-time
PCR, Northern- und Western-Blot auch FACS-Messungen und Apoptoseassays.
Für die In vivo-Experimente wurde ein „mouse-human xenograft model“ gewählt: Dafür werden den
Mäusen Tumorzellen unter die Haut gespritzt, wobei sich ein Tumor mit entsprechender
Blutgefäßversorgung und nekrotischem Kern entwickelt. Durch Gabe von Oligonukleotiden soll das
Tumorwachstum verändert werden.
Der Schwerpunkt der Firma Santaris Pharma A/S liegt bei den LNAs. Verwendet werden Oligomere
aus 16 Basen, wobei am 5´- sowie am 3´-Ende vier Basen durch LNAs ausge-tauscht wurden. Die
natürlichen Basen in der Mitte des Oligonukleotidstrangs sind für die Initiierung der RNAse H
notwendig.
Der Verwendung von LNAs wird aufgrund der leichteren Applikation der Vorrang gegeben. In der
Zukunft sollen dann auch PNAs zum Einsatz kommen.
42

Fazit über die Exkursion
Das Graduiertenkolleg hat durch die Besuche in den Forschungsinstituten und Firmen zahlreiche
Anregungen und einige Ideen für Kooperationen gewonnen:
Prof. Dr. Henrik Vibe Scheller an der KVL
Die Projekte "Einfluss von UV-B und weiterer Anzuchtbedingungen auf den Antioxidantien-status von
Arabidopsis thaliana unter besonderer Berücksichtigung der Flavonoide (AG Prof. Bilger)" und
"Wirkung von Ernährungs- und Umweltbedingungen auf den Gehalt von Antioxi-dantien in Gemüse
(AG Prof. Hansen/Prof. Sattelmacher)“ könnten von einer Kooperation mit Prof. Scheller profitieren.
Diese beiden Projekte bearbeiten den Einfluss unterschiedlicher Umwelt- bzw.
Ernährungsbedingungen auf den Gehalt an Antioxidantien in höheren Pflanzen. Die Belastung der
Photosysteme durch Radikalbildung bei Kühle oder einer Ernährung, die auf Ammonium als einziger
Stickstoffquelle basiert, stehen dabei im Mittelpunkt. Zudem wäre eine Untersuchung der dafür
verantwortlichen Untereinheiten des PSI von großem Interesse. Schädigungen an bestimmten
Untereinheiten könnten einen Einfluss auf die Radikalbildung und den Redoxstatus und damit auf den
Antioxidantienstatus haben. Diese Fragestellungen sind interessant, da gerade diese Projekte einen
Schwerpunkt in der Identifizierung der Quellen der verstärkten Radikalerzeugung und der
Signaltransduktion unter den beschrie-benen Bedingungen haben.
Prof. Dr. Barbara Ann Halkier an der KVL
Die Cytochrom P450 Mono-Oxigenasen, die im Zusammenhang mit dem Glucosinolat-Projekt in der
Abteilung von Prof. Halkier untersucht werden, sind durch diese Eigenschaft als ROS-Produzenten
grundsätzlich auch für unser Graduiertenkolleg von Interesse, denn sie setzen während ihres
Katalyseprozesses H2O2 frei. Außerdem sind einige beispielsweise an Biosyntheseschritten von
Flavonoiden beteiligt (z.B. die Ferulat-5-Hydroxylase), deren Induktion durch Kältestress von der AG
Prof. Bilger im Graduiertenkolleg untersucht werden. Die Gruppe von Frau Prof. Halkier hat auf dem
Gebiet der Genexpressionsanalysen für Cytochrom P450 Mono-Oxigenasen bereits Erfahrungen im
Nachweis durch Northern-Blots gesammelt und konnte uns Hinweise über die Stressinduktion der von
ihr untersuchten Cytochrom P450 Mono-Oxigenasen geben (s.u.). Zwei Cytochrom P450 Mono-
Oxigenasen, die in der Gruppe von Frau Prof. Halkier kloniert worden und vorhanden sind, sind für
das Graduiertenkolleg interessant: CYP79B2, dessen Expression durch oxidativen Stress (Silber-
Nitrat) induzierbar ist (persönliche Mitteilung) und CYP92A2, dessen Expression in den selben
Blattrandgeweben gefunden wird, in denen auch die Phenylalanin-Ammoniak-Lyase exprimiert wird
(persönliche Mitteilung). Hier zeigt sich eine Überlappung mit dem GRK-Projekt "Einfluss von UV-B
und weiterer Anzuchtbe-dingungen auf den Antioxidantienstatus von Arabidopsis thaliana unter
besonderer Berück-sichtigung der Flavonoide (AG Prof. Bilger)". Es wäre interessant, zu untersuchen,
ob die Expressionen der beiden Gene unter Stressbedingungen korrelieren, denn in einer
Expressions-studie von Bae et al. (2003) ist gefunden worden, dass Kältestress die Expression von
zwei Myrosinase-bindenden und einem Myrosinase-assoziierten Protein 2,5-fach hochreguliert. Dies
zeigt, dass das Glucosinolat-Myrosinase-System durch Kältestress stimuliert wird und lässt die
Vermutung zu, dass auch die Glucosinolat-Biosynthese durch Kälte erhöht werden könnte. Dies
wiederum könnte für Frau Prof. Halkier von Interesse sein.
Eine Kooperation mit Frau Prof. Halkier zur Untersuchung der Funktionsweisen von speziellen
Cytochrom P450 Mono-Oxigenasen würde dem Graduiertenkolleg vor allem in Hinblick auf den
Austausch von DNA von Cytochrom P450 Mono-Oxigenase-Genen dienlich sein, die in Kiel im
Postdoktoranden-Projekt „Genexpressionsprofile in Abhängigkeit vom Antioxidantien-muster in
Pflanzen“ für den Aufbau des Arabidopsis-Microarrays verwendet werden können.
Prof. Dr. Alexander Schulz an der KVL
Die Diskussion mit Herrn Prof. Schulz führte zu vielfältige Anregungen für die im Graduiertenkolleg
820 durchgeführten mikroskopischen Analysen. Insbesondere wurde die Detektion von
fluoreszierenden Markersubstanzen, deren Anregungswellenlängen im kurz-welligen
Strahlungsbereich liegen, und die bei einer Betrachtung im Epifluoreszenzmikroskop eine erhöhte
43

Bildung von ROS (reaktiven Sauerstoffspezies) in der Zelle induzieren, erörtert. Die visuelle Analyse
einer Wirkung von Antioxidantien ist daher nur eingeschränkt möglich. Durch den Einsatz eines
Zweiphotonen-Lasers kann die Beobachtung oxidativer Prozesse mittels Bioimaging-Verfahren
verbessert werden. Auch wurde über die Möglichkeiten einer gleich-mäßigen Verteilung der
Indikatorsubstanz in dem zu untersuchenden Gewebe gesprochen. Herr Prof. Schulz konnte wertvolle
Tipps für Infiltrations- und Injektionsverfahren weitergeben, die mittlerweile in den eigenen Arbeiten
erfolgreich umgesetzt wurden. Weiterhin verfügt Herr Prof. Schulz über Erfahrungen in Ratio-
Messungen. Die häufig gestellte Frage, ob eine Intensitätssteigerung der Markersubstanz tatsächlich
auf eine erhöhte ROS-Entwicklung, d. h. durch eine verstärkte Reaktion des Indikators mit ROS
verursacht wird, oder ob die Intensität durch eine Akkumulation des Indikators beeinflusst ist, könnte
durch Ratio-Verfahren überprüft werden. Herr Prof. Schulz bot seine Hilfe und die Möglichkeit eines
weiteren Erfahrungs-austausches an.
Dr. Kirsten Brandt am DIAS in Aarslev
Im Zusammenhang mit dem EU-Projekt „Einfluss der Pflanzendüngung auf die Zusammen-setzung
der Sekundärstoffe und damit auf die ernährungsphysiologische Wirkung“, das Frau Brandt bearbeitet,
wäre ein Austausch an Ideen und Erfahrungen zur Untersuchung von ROS-Scavengern unter den
Sekundärstoffen (z.B. Xanthophyll, ß-Carotin und Lycopin) interessant. Der Einfluss von
Pflanzenernährung auf die ROS-Resistenz der im GRK-Projekt "Wirkung von Ernährungs- und
Umweltbedingungen auf den Gehalt von Antioxidantien in Gemüse (AG Prof. Hansen/Prof.
Sattelmacher)“ untersucht wird, könnte durch Analyse solcher und andere Sekundärstoffe
charakterisiert werden.
In Aarslev werden dazu natürliche Mutanten von Karotten angebaut, die sich durch Ein-lagerung
unterschiedlicher Carotinoide (Xanthophyll, ß-Carotin und Lycopin) unterscheiden. Diese Sorten
lassen sich aufgrund ihrer Färbung (orange, gelb, rot) einwandfrei unter-scheiden. Solche Pflanzen
auf Anreicherung von ROS-Scavengern bei unterschiedlicher Stickstoffernährung zu untersuchen,
könnte das Projekt der AG Prof. Hansen/Prof. Sattel-macher ergänzen.
Die Evaluierung der unterschiedlichen Inhaltsstoffe findet in den institutseigenen Laboren statt. Hier
sind verschiedene Forschungsmöglichkeiten und Geräte zur Untersuchung der Pflanzen-inhaltsstoffe
vorhanden, wie z.B. eine HPLC-Anlage zur Untersuchung der Flavonoid-zusammensetzung. Hier
bietet sich ebenfalls ein Erfahrungsaustausch an; Kontakt zur Abteilung von Herrn Prof. Bilger (GRK-
Projekt "Einfluss von UV-B und weiterer Anzuchtbedin-gungen auf den Antioxidantienstatus von
Arabidopsis thaliana unter besonderer Berück-sichtigung der Flavonoide“) besteht bereits.
Dr. Charlotte Lauridsen am DIAS in Foulum
Der Vortrag von Frau Lauridsen (Senior Scientist Metabolism, Growth and Lactation; Dept. of Animal
Nutrition and Physiology) gab für das GRK-Projekt „Untersuchungen zur Bioverfüg-barkeit von
Flavonolen und Vitamin E (AG Prof. Wolffram)“ wertvolle Hinweise für den Experimentaufbau zu
Untersuchungen am marginal mit Vitamin E versorgten Schweine-modell.
Ein wachsendes Schwein zu depletieren wäre erst nach mehreren Wochen Vitamin E freier Ernährung
möglich, daher teuer und aufwendig. Neugeborene Ferkel haben von Natur aus geringe Vitamin E
Speicher. Vitamin E wird unverestert durch die Muttermilch weitergegeben und bereits im ersten
Ferkelfutter als Acetat zugesetzt. Ernährt man Absatzferkel ab dem ca. 10. Tag nach dem Absetzen
marginal ausreichend mit Vitamin E, hätte man ein Schweinemodell, das sensitiv auf Veränderungen
im Vitamin E Haushalt reagiert zur Verfügung. Dabei müsste jedoch zuvor die Praktikabilität erörtert
werden, da so junge Schweine besonders anfällig für Letalität durch Mangelernährung sind, und sich
Experimente im Bereich marginaler Versorgung mit Vitamin E wahrscheinlich auf einem schmalen
Grat zwischen Gesundheit und Krankheitssymptomen oder Ferkeltod bewegen. Die durch den Vortrag
angestoßene Literaturrecherche war ein Gewinn zum Thema Vitamin E im Schweinemodell.
44

Kurzpräsentation der Projekte im GRK 820
Name: Jessica Lied
Dipl. Biol.
Institut: Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung
wiss. Betreuung: Prof. Dr. Christian Jung
Molekulare Marker für Gene, die
am Vitamin E-Stoffwechsel beteiligt sind
Der Vitamin E-Gehalt in Rapssamen liegt zwischen 50 und 450 mg/kg. Um ein ernährungsphysiologisch
wertvolleres Produkt anbieten zu können, sind die Ölmühlen an einer Erhöhung des
Vitamin E-Gehalts im Rapssamen interessiert. Ich habe das Ziel, den Erbgang für den Vitamin E-
Gehalt weiter aufzuklären sowie molekulare Marker für Gene, die den Vitamin E-Gehalt beeinflussen,
zu entwickeln. Hierzu suche ich unter anderem nach DNA-Poly-morphismen innerhalb von Genen, die
an der Vitamin E-Synthese beteiligt sind und will diese mit dem Vitamin E-Gehalt korrelieren.
Name: Nicolle Bader
Dipl.-troph.
Institut: Institut für Humanernährung und
Lebensmittelkunde
wiss. Betreuung: Prof. Dr. Manfred J. Müller
Präventive Wirkung von Obst und Gemüse, Pflanzeninhaltsstoffen
und Vitamin E am Beispiel der
Schädigung menschlicher DNA
Ein besonders charakteristischer Biomarker für die oxidative DNA-Schädigung ist 8-oxo-2´-
Deoxyguanosin. Die hyperbare Oxygenation (HBO) ist ein Modell zur Untersuchung der Auswirkungen
von reaktiven Sauerstoffspezies im menschlichen Organismus. Im Rahmen dieser Arbeit wird der
Einfluss einer HBO auf verschiedene Biomarker für oxidativen Stress untersucht, insbesondere nach
vorheriger Supplementierung mit Antioxidantien.
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Name: Anne Hoffmann
Dipl. Ing. (FH) Biotechnologie
Institut: Zentrum für Biochemie und
Molekularbiologie
Wiss. Betreuung: Prof. Dr. Ulf-Peter Hansen
Prof. Dr. B. Sattelmacher
Wirkung von Ernährungs- und Umweltbedingungen auf
den Gehalt von Antioxidantien in Pflanzen
Versuche mit Phaseolus vulgaris L. haben gezeigt, dass der Ascorbat- und Zeaxanthingehalt bei
Lichtstress in Ammonium ernährten Pflanzen geringer ist als in Nitrat ernährten Pflanzen. Die
zusätzlich nachgewiesene höhere Lipidoxidation und Effekte auf den Kompensations-punkt des
photosynthetischen Gasflusses haben zu der Hypothese geführt, dass diese Pflanzen
Stoffwechselwege benutzen, die zur verstärkten ROS-Bildung führen. A. thaliana wurde als
Modellpflanze für Genexpressionsstudien auf Ntirat bzw. Ammonium als einziger Stickstoffquelle
angezogen. Mit Hilfe von DNA-Microarrays und real-time PCR werden differentielle
Genexpressionstudien durchgeführt.
Name: Stefanie Spitzmann
Dipl. Biol.
Institut: 1. Medizin; Universitätsklinikum Kiel
Mucosaimmunologie
wiss. Betreuung: Prof. Dr. Stefan Schreiber
Systematische Untersuchung der Genregulation durch Vitamin E.
In diesem Projekt wird Vitamin E im Hinblick auf immunregulatorische Eigenschaften untersucht. In
Zellkulturexperimenten mit humanen intestinalen (CaCo-2) und monozytären (THP-1) Zelllinien wird
die durch Vitamin E veränderte Genexpression durch Microarray-Technik analysiert. Ein Vergleich
von verschiedenen Vitamin E Derivaten soll zeigen inwieweit Vitamin E die Genexpression
unabhängig von seinen antioxidativen Eigenschaften beeinflusst. Des weiteren sollen die dabei
involvierten Signaltransduktionswege aufgeklärt werden.
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Name: Verena Alexa Ohm
Institut: Institut für Humanernährung
und Lebensmittelkunde
wiss. Betreuung: Prof. Dr. Karin Schwarz
Konzentrationsabhängige Wechselwirkungen von Tocopherolen
mit anderen Antioxidantien in verschiedenen lipidhaltigen
Systemen
Antioxidantien, wie z. B. Tocopherole bewirken eine verlängerte Haltbarkeit von Fetten und werden
daher vielen Lebensmitteln zugesetzt. Dennoch sind die Einflussgrößen, die auf die Aktivität von
Antioxidantien in komplexen Systemen, wie z. B. Lebensmitteln wirken, noch nicht wirklich
verstanden. Dafür ist es von großem Interesse die antioxidativen Effekte, deren Wirkort und die
Lipidoxidationsprodukte in Lebensmittelmodellsystemen zu visualisieren. Im Moment werden
Methoden mit der konfokalen Fluoreszenzmikroskopie (CM) entwickelt, welche dreidimensionale
Bilder ermöglicht. Des weiteren ist es von Interesse, die Wechsel-wirkungen zwischen Antioxidantien
und Grenzflächeneigenschaften, sowie lamellaren Strukturen zu untersuchen.
Name: Stephanie Lesser
Dipl.-Oecotroph.
Institut: Institut für Tierernährung und
Stoffwechselphysiologie
Wiss. Betreuung: Prof. Dr. Siegfried Wolffram
Untersuchungen zur Bioverfügbarkeit von Flavonolen
Meine Arbeit befasst sich mit Untersuchungen zur oralen Bioverfügbarkeit von Flavonolen. In vitro-
Studien zufolge können diese Polyphenole eine Reihe von gesundheitsfördernden Wirkungen
ausüben. Die systemische Verfügbarkeit ist essentielle Voraussetzung für mögliche In vivo-
Wirkungen. In einer Studie konnten wir zeigen, dass der Fettgehalt der Nahrung neben anderen
Faktoren Einfluss auf die Bioverfügbarkeit von Quercetin, einem in pflanzlicher Nahrung häufig
vorkommenden Flavonol, ausübt. Eine detaillierte Untersuchung der Absorptionswege und deren
Interaktion mit dem Fettgehalt der Nahrung ist in Planung. Schweine dienen bei diesen
Untersuchungen als Modell.
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Name: Karena Sprick
Dipl. Biol.
Institut: Botanisches Institut
Wiss. Betreuung: Prof. Dr. Wolfgang Bilger
Der Einfluss von UV-B und weiteren Anzuchtbedingungen auf
den Antioxidantienstatus von A.thaliana unter
besonderer Berücksichtigung der Flavonoide
In meiner Doktorarbeit untersuche ich den Einfluss von UV-B und anderen Wachstums-bedingungen
auf den Antioxidantien Status von Arabidopsis thaliana. Die Biosynthese von Flavonoiden und der
Einfluss verschiedener abiotischer Bedingungen (viel Licht, UV-B, Kühle) auf die Induktion wird dabei
besonders berücksichtigt. Die Rolle von reaktiven Sauerstoff-spezies (ROS) und des Redoxgrades
der photosynthetischen Elektronentransportkette in der Signaltransduktion für die
Flavonoidakkumulation werden untersucht. Die Experimente werden mit Arabidopsis thaliana und
Brassica napus durchgeführt. Dazu werden folgende Methoden angewendet: ROS-Imaging,
Chlorophyll-Fluoreszenz Messungen, HPLC-Technik, Microarray Analysen für die Untersuchung der
differentiellen Genexpression und Run-On Transkriptionsanalysen mit isolierten Zellkernen.
Name: Gaby Andersen
Institut: Botanisches Institut
wiss. Betreuung: Prof. Dr. Karin Krupinska
Charakterisierung transgener Tabakpflanzen, die eine
Überexpression der 4-Hydroxyphenylpyruvat-Dioxygenase
zeigen
Die 4-Hydroxyphenylpyruvat-Dioxygenase katalysiert einen wichtigen Schritt in der Vitamin E-
Biosynthese. Die Analyse der transgenen Tabakpflanzen soll die Funktionen des Vitamin E in der
Pflanze aufklären. Die physiologischen Reaktionen unter verschiedenen abiotischen
Stressbedingungen werden untersucht.
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Name: Ninja Backasch
Dipl. oec. troph.
Institut: Botanisches Institut
Wiss. Betreuung: Prof. Dr. Rüdiger Schulz-Friedrich
Cyanobakterien als evolutionär ursprüngliches Modell zur
Untersuchung der Beziehung zwischen Antioxidantien,
Redoxstatus und Genexpression
Im Rahmen dieser Arbeit wird der Vitamin E- und Plastochinon- Stoffwechsel des einzelligen
Cyanobakteriums Synechocystis sp. PCC 6803 untersucht. Zur Funktionsaufklärung des Vitamin E
wird die bereits vorhandene hpd-Mutante, die Plastochinon aber kein Vitamin E synthetisiert, weiter
charakterisiert und DNA-Microarrays eingesetzt. Auf der Suche nach einem alternativen
Plastochinon-Biosyntheseweg werden neue Knockout-Mutanten erstellt und Überexpressionsstudien
durchgeführt.
Name: Andreas Till
Dipl. Biol.
Institut: 1. Innere Medizin; Universitätsklinikum Kiel
Wiss. Betreuung: Prof. Dr. Stefan Schreiber
Funktionelle Analyse des Met196Arg
Polymorphismus im humanen TNFR2-Gen
Tumor-Nekrosefaktor alpha (TNF) ist ein pleiotropes Zytokin, das bei vielen inflammatorischen
Prozessen und der Regulation des Immunsystems eine wichtige Rolle spielt. Seine biologische
Aktivität wird durch zwei verschiedene Rezeptortypen (TNFR1 und TNFR2) vermittelt, wobei das
Auftreten einer biallelischen Variante, die zum Austausch einer einzelnen Aminosäure in der
extrazellulären Domäne des TNFR2-Proteins führt, mit einer höheren Anfälligkeit für bestimmte
Erkrankungen gekoppelt ist. In unserem Projekt beschäftigen wir uns auf moleku-larer Ebene mit
Unterschieden in Signaltransduktion, stimulusabhängiger ROS-Entstehung, Vermittlung von
Apoptose und Genregulation antioxidativer und antiapoptotischer Proteine durch die zwei
verschiedenen Varianten des TNF-Rezeptor Typ2.
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Name: Gabriele Randel
Dipl. oec. troph.
Institut: Institut für Humanernährung
und Lebensmittelkunde
wiss. Betreuung: Prof. Dr. Karin Schwarz
Beeinflussung der Bildung von Heterozyklischen Aminen
in Fleischprodukten und fleischähnlichen Modellsystemen
Heterozyklische Amine (HCA) entstehen während der thermischen Behandlung eiweißreicher
Lebensmittel, vor allem in Fleisch- und Fischprodukten und gelten als potentiell kanzerogen für den
Menschen. Untersuchungsschwerpunkte der Arbeit liegen zum einen auf der Bildung und Stabilität
von HCA in fleischähnlichen Modellsystemen und zum anderen auf der Aktivität von
Gewürzinhaltstoffen u.a. aus Rosmarin, Salbei und Thymian in Bezug auf die Inhibierung der HCA-
Bildung in Fleischprodukten.
Name: Mario Brosch
Dipl. Biol
Institut: Botanisches Institut
wiss. Betreuung: Prof. Dr. Karin Krupinska
4-Hydroxyphenylpyruvat-Dioxygenase als Marker für
die stabile Plastidentransformation bei Tabak
Im Rahmen meiner Doktorarbeit beschäftigte ich mich mit der Entwicklung eines Systems zur
Transformation von Plastiden ohne die Verwendung von Antibiotikaresistenzen. In dieser Studie soll
die 4-Hydroxyphenylpyruvat-Dioxygenase (HPPD) als alternativer Selektionsmarker genutzt werden.
Die HPPD ist ein wichtiges Enzym in der Vitamin E-Biosynthese und hydrolysiert die Reaktion vom 4-
Hydroxy-phenylpyruvat zum Homogentisat. Diese Reaktion kann durch das Herbizid Mikado gehemmt
werden. Wildtyp-Pflanzen zeigen in Anwesenheit dieses Herbizids einen Albino-Phänotyp, während
transgene Linien, die die HPPD überexprimieren, grün werden.
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Postdoktorandenprojekte
Name: Dr. Sabine Milde
Institut: Zentrum für Biochemie und Molekularbiologie
Genexpressionsprofile in Abhängigkeit vom
Antioxidantienmuster in Pflanzen
Im Zentrum für Biochemie und Molekularbiologie werden Hochdichtefilter bzw. Glas-Chips hergestellt,
die redox- und antioxidantien-relevante Gengruppen der Modellpflanze Arabidopsis thaliana
repräsentieren:
• Enzymatische ROS-Entgifter: Catalase, Superoxid-Dismutase, Ascorbat-Peroxidase,
Dehydroascorbat- und Monodehydroascorbat-Reduktases Glutathion-Reduktase.
• Biosynthese nicht enzymatischer ROS-Entgifter: Vitamin E, Ascorbat, Glutathion-,
Carotenoide, Flavonoide, Anthocyane
• Signaltransduktionsfaktoren dieser Biosynthesen, der Redox-Regulation und der ROS-
Entgiftungsmechanismen
Es werden geeignete Spotting- und Hybridisierungsprotokolle etabliert und standardisiert. Mit den
Chips werden Wirkungen von Stressbedingungen wie Temperatur, Licht, Feuchtigkeit sowie
Ammonium-Ernährung untersucht.
Name: Dr. Christine Desel
Institut: Botanisches Institut
Lokalisation von Oxidationsprodukten und Antioxidantien
Eine erhöhte Konzentration von ROS oder Nitrit Oxid (NO) kann in Zellen und Geweben durch
Bioimaging-Verfahren nachgewiesen werden. Ein Einsatz der konfokalen Laser-Raster-Mikroskopie
erlaubt bspw. eine in vivo Analyse und intrazelluläre Lokalisierung der ROS- und NO-Bil-dung im
Blattgewebe oder im Keimling. Im Rahmen meiner Arbeit wurden diese Techniken im GRK etabliert
und für die Bearbeitung verschiedenster Fragestellung in pflanzlichen und in humanen Zellen
eingesetzt. Die erhöhte ROS-Entstehung, die durch veränderte physiologische Bedingungen induziert
wird, wird analysiert. Weiterer Schwerpunkt der Arbeit ist eine Lokalisierung von Antioxidantien
(insbesondere von Flavonoiden sowie Vitamin E), um antioxidative Wirkmechanismen besser zu
verstehen.
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Anhang Fotos
Bowling am ersten
Abend in Viborg
Besichtigung der
IntelliGrow-
Gewächshäuser
im DIAS Aarslev
Besprechung
im Garten
des DIAS Aarslev
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Herberge in Odense
Vorträge in der KVL,
Kopenhagen
Vor dem
Laborrundgang
bei Fa. Danisco,
Kopenhagen
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Herbstzeitlose
im Vorgarten von
Fa. Santaris Pharma,
Horsholm
Zufuhr lebenswichtiger
Spurenelemente
Blick zurück
auf der Fähre -
Abschied von Dänemark
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Karena Sprick, Mario Brosch, Stefanie Spitzmann, Stephanie Lesser, Gaby Andersen, Anne
Hoffmann, Jessica Lied, Dr. Sabine Milde, Ninja Backasch, Dr. Christine Desel, Andreas Till, Nicolle
Bader, Verena Ohm (von hinten links nach vorne rechts).
Nicht im Bild: Gabriele Randel
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