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Institut für Sicherheit und Qualität bei Obst und Gemüse

Genetische Regulation der Mykotoxinbildung

Microarrayanalyse der Mykotoxinbildung unter fördernden Bedingungen.
Microarrayanalyse der Mykotoxinbildung unter
fördernden Bedingungen.
Microarrayanalyse der Mykotoxinbildung unter inhibierenden Bedingungen.
Microarrayanalyse der Mykotoxinbildung unter
inhibierenden Bedingungen.

Pilze spielen als Verderbsorganismen für Obst und Gemüse eine entscheidende Rolle. Es wird geschätzt, dass 25 Prozent der jährlichen Ernte an diesen Produkten durch Pilze verdorben werden. Die Tatsache, dass viele dieser Pilze in der Lage sind toxische Stoffwechselprodukt, die Mykotoxine, zu bilden, verstärkt die Problematik. Ochratoxin A ist ein wichtiges Mykotoxin, das durch verschiedene Aspergillen- und Penicillienarten gebildet wird. Die Aspergillen sind an höhere Temperaturen angepasst und sind daher verantwortlich für das Vorkommen von Ochratoxin A in Kaffee, Kakao, Gewürzen und Trauben aus südlichen Regionen. Penicillien bevorzugen kältere Temperaturen und spielen daher besonders im Mittel- und Nordeuropäischen Raum als Ochratoxinproduzenten eine Rolle. Mykotoxine, und damit auch Ochratoxin A, sind sekundäre Stoffwechselprodukte der Pilze die nur unter bestimmten Umweltbedingungen gebildet werden. Durch vorangegangene eigene Untersuchungen am Institut für Sicherheit und Qualität bei Obst und Gemüse konnte gezeigt werden, das offensichtlich Bedingungen, die gerade noch das Wachstum der Pilze zulassen, also für den Pilz Stress bedeuten (z. B. tiefe Temperaturen, geringe Wasseraktivitäten) zu einer Erhöhung der Ochratoxinbildung führen. Diese Tatsache spielt besonders, bei der Verarbeitung und Lagerung eine Rolle, da die Bedingungen bei diesen technologischen Prozessen ein geringes Pilzwachstum nicht immer vollständig ausgeschlossen werden kann, was für die Lebensmittelsicherheit ungünstig ist.

Ziel dieses Projektes ist daher den Einfluss von Umweltbedingungen auf die Aktivierung der Toxinbildung genauer zu untersuchen. Untersuchungen mittels Microarray haben gezeigt, dass äußere Parameter einen starken Einfluss auf die Transkriptionsaktivität, d. h. die Aktivierung mykotoxinbiosynthetischer Gene haben, d. h. je nach äußerer Bedingung (z. B. Temperatur oder Wasseraktivität) können die Gene aktiviert (unerwünscht) oder reprimiert (erwünscht) werden. Dies wurde in systematischen Experimenten in diesem Institut eingehend untersucht. So konnte z. B. gezeigt werden, das verschiedene Stressfaktoren, wie z. B. Temperatur, Wasseraktivität, pH-Wert oder suboptimale Konzentrationen an Konservierungsstoffen zu einer Reduktion des Wachstums aber zu einer erhöhten Mykotoxinbildung führen.

Der Einfluss dieser äußeren Parameter auf die Aktivierung mykotoxinbiosnthetsicher Gene erfolgt über Signalkaslkasewege. Häufig sitzt in der Zellwand, bzw. –membran ein Rezeptormolekül (z. B. ein Osmosensor) das Informationen über die Änderung äußerer Parameter an den Zellkern weiterleitet, was hier zu Aktivierungen, bzw. Inaktivierung von Genen führen kann. Bei den Zwischenstufen von Membransensor bis zur Genregulation handelt es sich in der Regel um verschiedene hintereinandergeschaltete Kinasen (Mitogen Aktivierte Kinasen, MAP Kinasen). Eine wichtige Kinase in diesem Regulationsnetzwerk, ist die sogenannte HOG Kinase, die eine große Rolle bei der Antwort der Zelle auf verschiedene Stressfaktoren spielt. Daher scheint diese Kinase eine zentrale Rolle in der Aktivierung der Mykotoxinbiosynthese durch verschiedene Umweltfaktoren eine Rolle zu spielen. Eine genaue Kenntnis ihrer Funktion führt daher evtl. zu neuen Strategien der Vermeidung der Mykotoxinbildung im Produkt. Im Rahmen des Projektes soll daher die HOG Aktivität in Ochratoxin A bildenden Pilzen genauer untersucht werden und Möglichkeiten gefunden werden diese Aktivität zu beeinflussen. In ersten Versuchen konnte diese Kinase in ochratoxinbildenden Pilzen nachgewiesen werden und es konnte gezeigt werden, dass eine Phosphorylierung dieser Kinase mit der Ochratoxinbildung korreliert ist.