Forschungsschwerpunkte
Im Mittelpunkt der Forschung in der AG Wittstock stehen pflanzliche Sekundärstoffe (pflanzliche Naturstoffe, auch „specialized metabolites“), also die Farb-, Duft-, Signal- und Giftstoffe, die Pflanzen so einzigartig und vielfältig machen und die wegen ihrer biologischen Wirkungen seit Jahrtausenden vom Menschen genutzt werden (u.a. als Medizin, Konservierungsmittel und als biologische Pestizide). Zentrale Fragen in unserer Forschung sind:
- Warum bilden Pflanzen Sekundärstoffe und warum in dieser strukturellen Vielfalt?
- Wie bilden und speichern Pflanzen Sekundärstoffe, wie regulieren sie die Biosynthese und den Abbau und wie schützen sie sich selbst vor der möglichen Toxizität dieser Stoffe?
- Wie können wir die besonderen Fähigkeiten von Pflanzen zur Synthese und Speicherung chemisch-komplexer und biologisch hochwirksamer Substanzen biotechnologisch für die Produktion pharmazeutischer Wirkstoffe nutzen?
Daneben interessieren wir uns für die Analytik pflanzlicher Sekundärstoffe, auch im Rahmen der Qualitätssicherung pflanzlicher Arzneimittel.
Unsere Forschungsprojekte bewegen sich thematisch an der Schnittstelle zwischen Chemischer Ökologie, Pflanzenbiochemie und Pflanzenbiotechnologie. Im Mittelpunkt steht beispielhaft das Glucosinolat-Myrosinase-System der Kreuzblütengewächse (Brassicaceae) und anderer Familien der Brassicales.
In der AG Wittstock arbeiten u.a. Pharmazeut*innen, Biolog*innen, Chemiker*innen und technische Mitarbeiter*innen eng zusammen. In (fast) allen Projekten kommen analytische, molekularbiologische und biochemische Methoden sowie zunehmend in silico-Methoden zum Einsatz. Bei Interesse an einer Bachelor-, Master- oder Doktorarbeit, auch in einem angrenzenden Gebiet, nehmen Sie gerne mit Prof. Dr. Ute Wittstock Kontakt auf.
Glucosinolate als Abwehrstoffe der Kreuzblütengewächse
- Glucosinolate sind Vorstufen der wichtigsten Geschmacksstoffe der Kreuzblütengewächse, der Senföle. Wie viele Naturstoffe dienen die Glucosinolate der chemischen Abwehr von Fraßfeinden und Pathogenen. Die scharfschmeckenden Senföle werden erst bei Gewebeverletzung gebildet ("Senfölbombe"). Glucosinolate sind ihrer chemischen Struktur nach anionische Thioglucoside mit variabler Seitenkette. Erstaunlich ist, dass sich die ca. 140 bisher beschriebenen Glucosinolate aus nur wenigen proteinogenen Aminosäuren ableiten. Eine noch größere Vielfalt von Strukturen wird im Verlauf der Hydrolyse der Glucosinolate gebildet. weiter...
Abwehr und Anpassung - die Tricks der Herbivoren
- Trotz ihres wirksamen Abwehrsystems werden die Kreuzblütler von Schädlingen befallen. Kohlweißlingsraupen zum Beispiel ernähren sich ausschließlich von Pflanzen, die Glucosinolate enthalten. Sie haben einen Entgiftungsweg entwickelt, der ihnen die Nutzung dieser ökologischen Niesche erlaubt. Bei der Eiablage erkennen die Kohlweißlinge ihre Wirtspflanzen mit Hilfe von Chemorezeptoren, die auf intakte Glucosinolate ansprechen (Abb. 1). In unseren Forschungsprojekten beschäftigen wir uns mit der Frage, welche Mechanismen es herbivoren Insekten ermöglichen, glucosinolathaltige Pflanzen als Nahrungsquelle zu nutzen. weiter...
Kampf an mehreren Fronten - die Tricks der Pflanzen
- Unter bestimmten Bedingungen sorgen pflanzliche Enzyme dafür, dass aus den Glucosinolaten keine Senföle sondern andere flüchtige Substanzen gebildet werden. Diese können zum Beispiel dazu dienen, Feinde der Kohlweißlingsraupe anzulocken oder die Wirtspflanzenerkennung durch die Schmetterlinge zu beeinträchtigen. Je nach Reaktionsbedingungen und strukturellen Voraussetzungen können bei der Hydrolyse aus einem Glucosinolat bis zu vier verschiedene Produkte entstehen. Viele dieser Umsetzungen laufen nur ab, wenn in der entsprechenden Pflanze sogenannte spezifizierende Proteine vorhanden sind (Abb. weiter...
Ökologische Notwendigkeit - Medizinischer Nutzen
- Abwehrstoffe und Signalmoleküle wie die Glucosinolate zu bilden, ist für Pflanzen lebensnotwendig, damit sie im Ökosystem überleben können. Wir Menschen können uns die biologische Aktivität solcher Naturstoffe (sekundärer Pflanzenstoffe) zu Nutze machen: etwa ein Viertel des heutigen Arzneischatzes leitet sich aus pflanzlichen Naturstoffen ab. Glucosinolate und die daraus abgeleiteten Senföle tragen als Bestandteil unserer Nahrung nicht nur zum Geschmack sondern auch zu den positiven Wirkungen vieler Gemüse und Gewürze auf unsere Gesundheit bei (Radieschen, Rucola, Broccoli, Kohl, Senf, Meerrettich). Sie sind auch Bestandteil von Arzneimitteln zur Infektabwehr. weiter...
