Biosynthese in Pflanzen und Mikroorganismen

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Carotinoide bilden mit etwa 800 verschiedenen Strukturen eine große Klasse der natürlichen Terpenoid-Farbstoffe. Ihre Farbskala reicht von Gelb über Orange bis Rot. Hergestellt werden sie von Pflanzen, Bakterien und Pilzen. Die vorrangige Funktion dieser Pigmente besteht darin, den Photosyntheseapparat vor zu starker Lichteinstrahlung zu schützen und die überschüssige Energie in Wärme abzuleiten. Auch der Mensch, der Carotinoide ausschließlich über die Nahrung aufnehmen kann, benötigt beta-Carotin als Provitamin A für den Sehprozess sowie die Carotinoide Lutein und Zeaxanthin für deren kontinuierlichen Einbau in die Netzhaut des Auges. Darüber hinaus schützen Carotinoide als Radikalfänger und Antioxidantien die Zellen.

Professor Gerhard Sandmann erforscht, wie unterschiedliche Organismen Carotinoide bilden, welche Mechanismen dieser Synthese zugrunde liegen und wie sie gesteuert wird. Seine Untersuchungen setzen bei den zuständigen Enzymen und Genen an, um die Abläufe der einzelnen Schritte des komplexen Syntheseprozesses aufzuklären. Auch deren evolutionärer Entwicklung geht Sandmann nach. Kinetische Messungen mit heterolog exprimierten Enzymen lassen die Mechanismen der Einzelreaktionen erkennen. Neu entdeckte Molekülstrukturen identifizieren Sandmann und sein Team mit hochauflösender Flüssigchromatographie und einer anschließenden spektroskopischen Charakterisierung. In seiner Forschung ist es Sandmann gelungen, Gene der Carotinoid-Biosynthese aus Pflanzen und Bakterien in anderen Organismen zu implementieren. Die Ergebnisse dieses so genannten „metabolic engineering“ ermöglichen es, natürlich vorkommende Arten genetisch so zu modifizieren, dass sie mehr Carotinoide produzieren. In angewandten Projekten resultierten daraus zum Beispiel eine Anreicherung in Kartoffeln oder Mais sowie eine größere Toleranz von Pflanzen gegenüber ultravioletter Strahlung.

„Bisher nicht bekannte Carotinoide zu entdecken, die durch neue metabolische Kombinationen entstanden sind, und die Synthesewege in allen ihren Ausprägungen aufzuklären, das ist für mich das Faszinierende an meiner Arbeit“, berichtet Sandmann. Seine Motivation für die Erforschung von Stoffwechselwegen will er in den Masterstudiengängen „Molekulare Biowissenschaften“ und „Molekulare Biotechnologe“ an Studierende mit einem Interesse für Biochemie weitergeben.

Zur Person

Sandmann klein

Gerhard Sandmann studierte Biologie und Chemie in Mainz und Frankfurt und schloss an der Goethe-Universität eine Dissertation im Bereich Pflanzenphysiologie über den Stoffwechsel von Pilzen an. Als Postdoktorand forschte er an der Universität Konstanz über kupfer- und eisenhaltige Enzyme von Algen und Pflanzen. Es folgte ein von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderter Gastaufenthalt an der University of California in Berkeley, USA. Zurück in Konstanz arbeitete Sandmann als Hochschulassistent. Dort wurde er 1987 im Bereich Physiologie und Biochemie der Pflanzen mit einer Arbeit über Redoxproteine des Photosyntheseapparats habilitiert. 1993 erhielt er den Ruf auf eine Professur an der Goethe-Universität.

Kontakt:

Prof. Dr. Gerhard Sandmann
Institut für Molekulare
Biowissenschaften
Max-von-Laue-Str. 9
60438 Frankfurt am Main
Telefon: +49 (0)69 798 29611
E-Mail:
sandmann@bio.uni-frankfurt.de
www.bio.uni-frankfurt.de