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Produktion funktioneller Weizenspeicherproteine in transgenen Stämmen der Hefe Saccharomyces cerevisiae
Bauer, Ingo
In dem vom BMBF geförderten Projekt „Entwicklung von Weizen-, Roggen- und Gerstenproteinen ohne Zöliakietoxizität und deren Verwendung zur Herstellung von Lebensmitteln“ (Förderkennzeichen 0312246C ) wurde von der Hypothese ausgegangen, daß nur die Gliadine des Weizens, nicht aber die Glutenine zöliakietoxisch sind. Der Beweis dafür sollte u.a. über die transgene Expression von Gluteninen in Hefe geführt werden. Damit sollte es ermöglicht werden, an reine Proteinfraktionen für die notwendigen Toxizitätstests zu gelangen. Dazu wurden Stämme der Hefe Saccharomyces cerevisiae in einem Teilprojekt entsprechend gentechnisch modifiziert. Die vorgelegte Dissertation wurde im Rahmen des Teilprojekts „Expression und Produktion von Weizenspeicherproteinen in der Hefe Saccharomyces cerevisiae“ erstellt, wobei eine Aufgabe darin bestand, diese Hefen zu propagieren und aus ihnen die exprimierten Glutenine zu extrahieren sowie aufzureinigen. Die in den dafür entwickelten Prozeßschritten erhaltenen Gluteninpräparate wurden in anderen Teilprojekten weiter aufgereinigt und anschließend für Toxizitätstests eingesetzt. Eine weitere Aufgabe bestand darin zu beweisen, daß diese Glutenine viskoelastische Eigenschaften besitzen und demzufolge backtechnisch funktionell sind. Damit würde sich ein von der Vermehrung von Getreide unabhängiger Weg eröffnen, Kleberprotein ohne Zöliakietoxizität herzustellen, so daß Lebensmittel mit sensorischen Eigenschaften hergestellt werden könnten, die sonst nur Produkten auf Weizenbasis eigen sind. Es ist gelungen, die gentechnisch modifizierten Hefestämme erfolgreich zu vermehren. Auf dieser Grundlage war es möglich, über die Entwicklung eines Aufarbeitungs- und Anreicherungsprozesses ausreichende Mengen gluteninhaltiger Präparate herzustellen, die einen Gluteningehalt von bis zu 68% aufwiesen. Durch die Produktion von Weizenspeicherproteinen in Hefe gelang es, einzelne Speicherproteine und Kombinationen von einzelnen Speicherproteinen in Form von angereicherten Präparaten zu gewinnen. Diese wurden sowohl für Toxizitäts- als auch für Funktionalitätstests eingesetzt. Mit dem Ergebnis der durchgeführten Funktionalitätstests wurde bewiesen, daß die hergestellten angereicherten Gluteninpräparate die für das Backen erforderlichen funktionalen Eigenschaften besitzen und sich als Zusatzstoff zur Herstellung von Gebäcken eignen.
The project (BMBF-Förderkennzeichen 0312246C ), which is divided into subprojects, worked on the hypothesis that only the gliadins in wheat cause coeliac disease but not the glutenins. It was intended to prove this hypothesis by means of the transgenic expression of glutenins in yeast. This method would enable pure protein fractions to be obtained for the required toxicity tests. To this end, strains of the Saccharomyces cerevisiae yeast were genetically modified as required in the subproject conducted by the Stahl/Hinzmann working group. The task of the subproject dealt with in this report was to propagate the yeasts concerned and then extract and purify the glutenins that they expressed. The glutenin preparations obtained in the specially developed processing stages were further purified in another subproject (Wieser working group) and subsequently used in toxicity tests performed in the subproject conducted by the Ciclitira working group. Another task was to demonstrate that the glutenins concerned exhibit viscoelastic properties and can therefore be used in baking. This would open up the possibility of producing gluten protein without coeliac toxicity that does not depend on the propagation of cereal and permit the production of food with sensory properties that are otherwise specific to wheat-based products.The propagation of genetically modified yeast strains was successful. It was subsequently possible to produce sufficient quantities of preparations containing glutenin, with a glutenin content of up to 68%, using a specially developed processing and purification method. The production of wheat storage proteins in yeast has made it possible to obtain individual storage proteins and combinations of individual storage proteins in the form of concentrated preparations which can be used in toxicity and functionality tests. The results of the functionality tests showed that the concentrated glutenin preparations have functional baking properties and are suitable for use as additives in the production of baked goods. This result is in several respects a milestone in the development of genetic engineering for applications in agriculture and microbiology even though it has been demonstrated that glutenins themselves can cause coeliac disease.
